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課題組設計合成片狀二維KNbO 3

N，N-二甲基苯胺（DMA）主要用于三苯甲基甲烷類染料生產，還可作為溶劑、炸藥、醫藥等原料，也用于生產堿性嫩黃素O；堿性紫5BN、堿性艷蘭RB、陽離子紅2BL等，也用于生產堿性染料中間體四甲基米氏酮等。我國生產的DMA除供國內消費外，每年有一定量出口。DMA的主要消費部門是染料工業和香料工業。由于近年來堿性嫩黃、堿性紫等品種銷路趨好，DMA消費有所上升。在香料工業中，DMA主要用于香蘭素生產中。 南開大學針對國內DMA生產工藝的落后現狀，經多年開發研究，成功地開發了常壓、氣相、連續合

基于春光公司對鐵氧體材料的深刻理解，公司主要研發制造錳鋅鐵氧體粉料CH系列、CP系列、CB三大系列：高磁導率鐵氧體粉料CH系列分為CH-5K、CH-7K、CH-10K、CH-12K、CH-15K等5大系列，15個品種。并形成寬頻、寬溫、高Q值、高Bs、高阻抗等各專業品種產品。

微藻可以通過自身的光合作用高效固定二氧化碳，同時生產生物燃料以及高 附加值產品，已成為國內外技術開發的熱點。在微藻能源利用工藝流程中，用于 微藻培養的光生物反應器占總設備投資和運行成本的一半。由于相關研究工作的 缺乏，生物反應器受微藻光合效率、傳質以及光照的限制，體積大、占地寬、成 本高、產率和效率低。為了強化微藻光生物反應器中光傳遞，提高光分布的均勻 性，構建了內嵌空心導光管的新型平板式微藻光生物反應器，通過空心導光管的 引入實現了將光能導入反應器中光衰減嚴重區域，提高了反應器內藻細胞的產量。 在此基礎上，為了優化反應器的光分布，設計了內置導光板的光生物反應器，并 將其用于工業化中常用的跑道池反應器中（如圖1所示），使微藻產量提到了 193. 33%,生物質產量達到2. 31g/L,油脂產量達到1258. 65mg/L。導光板目前工 藝成熟，成本低廉，對微藻無毒害作用，因此將其用于微藻產業化培養的跑道池 反應器中，基本不會增加建造及運營成本。按目前藻粉市場價來算，微藻150 元/千克，傳統跑道池反應器的收益為0.18元/升，而利用內置導光板的跑道池 光生物反應器可獲得0.35元/升的收益。同時，在工業化常用的管式反應器的基 礎上，創新性的提出了一種新型非連續光照管式光生物反應器，通過間斷遮光方 式，形成了反應器內明區和暗區的周期性分布，實現了微藻在反應器內流動時的 規律性明暗交替，從而觸發閃光效應，使微藻生長速率提高了 15%。 在微藻生長到穩定期后，需對反應器中的微藻進行采收。傳統的采收方式包 括離心、絮凝、氣浮、膜過濾等，這些方法均耗能較多。為了降低采收成本，提出聚丙烯酸系高吸水性樹脂吸收培養基濃縮微藻，吸收后可通過高溫煙氣脫水回 收再利用。利用采收后的濕藻進行水熱液化的預處理方式，將藻細胞破壁，使細 胞內的多糖、蛋白質、油脂等析出并解聚成小分子的單糖、氨基酸、脂肪酸，之 后這些小分子物質經微生物發酵，產出甲烷、氫氣等高熱值的生物燃料。此外， 微藻破壁后，可直接經萃取等過程，得到硫代多糖、二十碳五烯酸（EPA）、二十 二碳六烯酸（DHA）、蝦青素等高附加值產品。其中，硫代多糖具有抗氧化、抗腫 瘤、抗炎、抗病毒等活性，并且可以作為抗凝血劑和免疫調節劑。EPA被稱為“血 管清道夫"，能促進循環系統的健康和防止膽固醇和脂肪在動脈壁上積聚，并對 治療由自身免疫缺陷引起的炎癥有效。DHA俗稱“腦黃金”，是神經系統細胞生 長及維持的一種主要成分，是大腦和視網膜的重要構成成分，在人體大腦皮層中 含量高達20%,在眼睛視網膜中所占比例最大約50%。蝦青素是已知氧自由基清 除能力最強的天然色素，其抗氧化能力是維生素E的1000倍，雨生紅球藻是最 佳的天然蝦青素來源，含量達到3%-5%,是目前唯一被美國FDA審核準許可用于 人類直接使用的蝦青素產品，我國于2010年批準納入食品新資源產品目錄。 針對微藻生物質高效能源化利用的問題，提出太陽能加熱實現微藻水熱預處理， 再利用水解液和固態殘渣厭氧發酵制取富氫甲烷氣，實現微藻全組分轉化利用， 并建立了中試系統（如圖2, 3）o通過太陽能水熱水解，微藻發酵產甲烷過程的 速率和轉化率得到顯著提升。

成果成功研發了低濃度（<40%CH4）低壓頭(~50pa)煤層氣燃燒器、低濃度低壓頭煤層氣部分預混燃燒技術、預混點火技術、運行工況與安全自動控制技術。實現了低濃度礦井瓦斯氣在鍋爐上安全穩定燃燒及能源化利用，該技術與裝置總體技術達到國內領先水平；經重慶市特種設備質量安全檢測中心對示范裝置檢測，檢驗合格，達到特種設備規定安全指標要求；經重慶市能源利用監測中心對示范裝置監測，燃燒效率達99.35%，鍋爐效率可達90%，排放達到《火電廠大氣污染排放標準》（GB13223-2011）。 

該成果創新性地基于二維半導體的硅基同質器件，首次提出了類腦功能的“傳感-計算-存儲一體化”神經形態芯片架構，實現了光電傳感、放大運算、信息存儲功能的一體化集成，為突破馮·諾依曼瓶頸和實現類腦智能提供了一種全新思路。 繆向水教授團隊，長期從事相變存儲器芯片、存算一體憶阻器芯片技術研究。2018年出版了國內第一本憶阻器專著《憶阻器導論》，2019年團隊93項三維相變存儲器芯片專利許可給芯片公司并合作開發產品，并與行業龍頭企業合作建立了聯合實驗室，推動存儲器芯片技術的成果轉化以及未來引領技術的探索。曾榮獲國家科技進步獎2項、湖北省技術發明一等獎1項。 同質晶體管-存儲器架構的原理及器件結構 繆向水團隊長期從事相變存儲器芯片、存算一體憶阻器芯片技術研究。2018年出版了國內第一本憶阻器專著《憶阻器導論》，2019年團隊93項三維相變存儲器芯片專利許可給芯片公司并合作開發產品，并與行業龍頭企業合作建立了聯合實驗室，推動存儲器芯片技術的成果轉化以及未來引領技術的探索。曾榮獲國家科技進步獎2項、湖北省技術發明一等獎1項。

現階段所設計的存算一體器件單元結構如圖 1 所示： 器件的基本結構由波導和功能層（由下到上分為加熱層、電極層、保護層、相變材料（硫系化合物）層）所構成。擬通過在當前流行的絕緣層上硅(SOI)光子平臺上集成四氮化三硅光波導的方式實現器件的光學讀取功能，即在非常厚的硅襯底層上生長一層絕緣層二氧化硅和波導層，然后在基片上通過光刻、顯影、刻蝕等工藝制備四氮化三硅波導。功能層主要用于實現器件的電學寫入功能。加熱器層的主要用途是與相變材料層形成電接觸，通過較小的接觸面積使接觸處的熱量集中，從而可以在較小的電壓或電流下使相變材料發生相變。因此需要加熱器層具備較好的導熱和導電性能，同時在近 C 波段具有較低的光損耗，可采用石墨烯。電極層可用于提供相變材料器件單元所需要的編程電脈沖。當前擬采用硒摻雜的相變材料合金（如 GSST）作為器件的核心功能層的相變材料。該材料在通信/非通信波段顯示了極低的光損耗和更高的品質因數，且相變前后在通信 C 波段具有足夠大的光學常數反差，可在更惡劣的高溫環境下進行操作，適用于硅基光子器件應用。 采用的主要技術手段包括： ① 依托于相變材料的電致和光致相變特性，通過電學編程、光學讀取的方法實現器件的存儲、算術運算和邏輯運算功能：  存儲功能的實現：擬利用相變材料晶態低透過率和非晶態高透過率分別代表二進制中的‘1’和‘0’，實現數據存儲（編程）功能。例如在電極兩端施加合適的電脈沖，所產生電流流經加熱層時，生成的熱量主要集中在加熱層和相變材料層接觸處，使得接觸處的相變材料發生相變，實現存儲功能。在完成上述編程操作后，從器件波導輸入端輸入讀取連續光。由于相變材料功能層對光強的吸收能力在編程和非編程區域間存在著顯著的差異，因此當輸入光經過波導后，其能量會因為相變材料編程區域的吸收而發生改變，進而顯著改變輸出光強能量。所以通過測量輸入輸出光強的能量之比（即透過率），可實現對先前編程區域的讀取。  算術和邏輯功能的實現：通過調整編程電脈沖的幅度和寬度可以動態調控相變材料的相變程度，使得器件的中間透過率值可用于代表不同的數值，實現多級存儲功能。所以擬采用輸入脈沖數量對應加數的方法實現標量加法計算。同時由于所設計器件的讀取連續光輸出功率可視為讀取連續光輸入功率和器件透過率的乘積，因此可采用將輸入功率和透過率作為被乘數和乘數的方法實現基本乘法運算。除此之外還可以將器件功能層的初始狀態設置為非晶相，把晶化脈沖幅值和不足以產生晶化的脈沖幅值分別作為輸入邏輯‘1’和‘0’；同時設定一個判定閾值并與編程后器件透過率的變化率進行對比，把高于和低于閾值的透過率變化率分別作為輸出邏輯 ‘1’和‘0’；通過合理選擇編程脈沖有望實現各種邏輯功能輸出。 ② 基于器件透射率可調特性驗證其實現神經突觸的可行性。并依托所設計人工突觸構建人工神經網絡芯片，實現圖像、語音和文本識別功能：  突觸可塑性是大腦記憶和學習的神經生物學基礎，也是人工類腦器件需要實現的首要功能。為實現突觸可塑性，擬把相變材料和波導之間的耦合區域視為仿生神經突觸，左右兩端電極分別代表突觸前和突觸后，分別施加在兩端電極上的電脈沖則作為突觸前和突觸后刺激。通過調節從左右兩端電極輸入耦合區域的電脈沖時間差對耦合區域的光透過率進行連續調控，進而依托于上述存算理論模型和實物器件仿真和實驗實現仿生神經突觸的脈沖時序依賴可塑性（Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  將不同波長的光脈沖序列輸入所設計的突觸單元, 經過相變材料的作用，脈沖強度發生變化，對應于乘法器。進而借助于微環結構，將不同波長的脈沖導入進同一波導中，該功能類似加法器。相加后的脈沖光強較小時，讀取光與微環發生共振，在輸出端口沒有光強輸出。當光強達到一定的閾值后，讀取信號不再和微環發生共振，而是傳播到輸出端口。這一過程類似神經元脈沖信號的激發，實現了非線性激活函數的功能。利用上述的單個神經元結構，驗證其監督式機器學習和非監督式機器學習。對于監督式機器學習，權重的數值通過外部管理器設置；對于非監督式機器學習，不再需要外部管理器來設置權重值，而是通過輸出光脈沖進行反饋控制，調整權重值。在單個神經元結構的基礎上，更復雜的光學脈沖神經網絡結構，證明該結構的可擴展性。擬設計的神經網絡中的每一層結構包括三個功能單元，即收集器、分發器和神經突觸結構。收集器將上一層不同波長的光脈沖信號收集到同一根波導中，分發器將光脈沖分發給多個神經元，神經突觸結構則產生光脈沖信號，輸入給下一層結構。基于上述結構實現圖片、語音和文本的識別。 創新性分析：①首次研究了一款基于“電學編程、光學讀取”模式的光電混合存算一體化器件。與傳統電學存算一體化器件相比,擬研發的器件可以進行長距離的信息傳輸，具有傳輸帶寬高、信號間延遲低、損耗低、抗干擾、集成密度高等優點。②采用硒(Se)摻雜的相變材料作為存算一體化器件的核心功能材料。與采用其他相變材料的存算一體器件相比，以硒參雜的相變材料作為功能材料的存算一體器件有望展現出極低的光損耗。③提出了一種基于“電學脈沖刺激、光學權重調節”的人工神經突觸。該突觸器件有望成為未來通用型人工神經突觸，填補了光電混合型人工突觸的技術空白。 先進性分析：①所提出的光電混合工作模式使得該存算一體化器件不但具有傳統集成電路的高密度特性，且兼具光通信技術的寬頻帶、低延遲、抗干擾的優越性能。②所采用硒參雜的相變材料不但繼承了傳統材料具有的快速相變轉化速度、低功耗和穩定性強等特性，且本身在通信波段非晶態透明的同時還保持了相變前后足夠大的光學性能差異的特點。③所設計的突觸繼承了人工電子突觸和全光突觸的優點，具有高集成度、低功耗、超快響應時間、穩定性強等優點。 獨占性分析：根據已取得成果正在撰寫專利，以獲得該關鍵技術的獨有權。 

（專利號：ZL 201510680510.2） 簡介：本發明公開了一種負載型Ag?Pd/C3N4納米催化劑催化甲酸脫氫的方法，屬于化學化工技術領域。本發明將制備好的負載型Ag?Pd/C3N4納米催化劑置于反應器中，將反應器置于油浴中升至一定溫度，接著將甲酸和甲酸鈉混合液加入反應器中進行反應，生成的氫氣采用排水法收集。所述負載型Ag?Pd/C3N4納米催化劑采用Ag、Pd按照一定摩爾比配成溶液，將載體C3N4加入上述溶液中，向混合液中添加還原劑，經過濾、干燥后制得。與傳統的負載型催化劑不同的是：根據本發明，調節催化劑中金屬銀、鈀的含量及C3N4含量就可以制得用于甲酸脫氫制氫氣的高活性、高選擇性負載型Ag?Pd/C3N4納米催化劑。