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項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來越不能滿足其在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。鋰離子電池的能量密度低主要是因?yàn)樗捎玫恼?fù)極材料的比容量較低，尤其是負(fù)極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負(fù)極材料為硅基負(fù)極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預(yù)計(jì)，硅基負(fù)極材料在 2020 年的市場(chǎng)使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應(yīng)用，較大的體積變化導(dǎo)致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，從而導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負(fù)極材料這兩大缺點(diǎn)是普及硅基材料在鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術(shù)和石墨烯材料領(lǐng)域的專長(zhǎng)，經(jīng)過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術(shù)制備了石墨烯包覆的硅基負(fù)極材料，主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：1）采用獨(dú)特的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米技術(shù)將大粒徑的硅粉進(jìn)行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、機(jī)械性能優(yōu)異、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，改善了材料的鋰離子擴(kuò)散性能和電子導(dǎo)電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應(yīng)造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進(jìn)一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。效益分析:陳永勝教授課題組發(fā)明的石墨烯包覆硅基負(fù)極材料，從制備過程上講，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、易工業(yè)化的特點(diǎn)；從性能上講，具有比容量高、穩(wěn)定性好、壓實(shí)密度大等優(yōu)點(diǎn)，與高比容量正極組成的鋰離子電池的能量密度是當(dāng)前商業(yè)化鋰離子電池能量密度的數(shù)倍以上。

目前鋰離子電池的能量密度已經(jīng)越來越不能滿足其在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)和大規(guī)模儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。鋰離子電池的能量密度低主要是因?yàn)樗捎玫恼?fù)極材料的比容量較低，尤其是負(fù)極材料石墨，其理論比容量為 372 mAh/g。目前研究最多的、最具有商業(yè)化前景的負(fù)極材料為硅基負(fù)極材料，其理論比容量為 4200 mAh/g，是石墨的十倍以上。據(jù)招商證券預(yù)計(jì)，硅基負(fù)極材料在 2020 年的市場(chǎng)使用量接近于 5 萬噸，銷售額接近于 50 億。 然而硅基材料在充放電過程中較大的體積變化率（>300%）限制了其商業(yè)化應(yīng)用，較大的體積變化導(dǎo)致極片碎裂以及電解液在材料表面持續(xù)分解，從而造成其循環(huán)性能劇烈下降。另外，硅基材料為半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性較差，從而導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的倍率性能較差。如何解決硅基負(fù)極材料這兩大缺點(diǎn)是普及硅基材料在鋰離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵。 陳永勝教授課題組結(jié)合在納米技術(shù)和石墨烯材料領(lǐng)域的專長(zhǎng)，經(jīng)過近 10 幾年的研究，采用低成本的原材料、易工業(yè)化的工藝技術(shù)制備了石墨烯包覆的硅基負(fù)極材料，主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)包括：1）采用獨(dú)特的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米技術(shù)將大粒徑的硅粉進(jìn)行納米化處理，納米化大大緩解了硅在充放電過程中體積變化的問題，從而從根本上解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能差的問題；2）石墨烯包覆則充分發(fā)揮了石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好、機(jī)械性能優(yōu)異、電化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，改善了材料的鋰離子擴(kuò)散性能和電子導(dǎo)電性，大大提高了功率特性； 14隔絕了硅與電解液的直接接觸，抑制副反應(yīng)造成的電解液分解和材料侵蝕，提高了首次效率，延緩了使用過程中的壽命衰減；進(jìn)一步減緩了充放電過程中硅的體積變化，維持材料結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，極大地提升了循環(huán)特性。

隨著支配半導(dǎo)體技術(shù)數(shù)十年的摩爾定律日益接近其發(fā)展極限，多種功能器件集成被認(rèn)為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進(jìn)程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術(shù)。多元兼容集成制造技術(shù)就是為此而開發(fā)的，該技術(shù)通過在更大范圍內(nèi)優(yōu)選結(jié)構(gòu)/功能材料組合，開發(fā)異質(zhì)集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料的MEMS異質(zhì)異構(gòu)制造技術(shù)體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎(chǔ)性支撐作用，相關(guān)技術(shù)獲得2016年度上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。 微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢(shì) 多元兼容集成制造技術(shù)  獲獎(jiǎng)情況 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2016年團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng) 國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2008年 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2007年 超薄超快高熱流密度微通道散熱器 上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導(dǎo)率材料組合構(gòu)造的復(fù)合結(jié)構(gòu)微通道散熱器設(shè)計(jì)方案，并基于多元兼容集成制造技術(shù)完成了多種尺寸樣品研制，其中，熱源面積與常用功率芯片尺度相當(dāng)?shù)某∩崞骼鋮s能力達(dá)到800W/cm2以上，在保留傳統(tǒng)微通道散熱器良好系統(tǒng)兼容性和適用性的基礎(chǔ)上達(dá)到了相當(dāng)高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統(tǒng)超高熱流密度散熱問題提供了一個(gè)深具可行性的解決方案。 高溫薄膜溫度傳感器研究  發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)傳感器技術(shù)是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外研究廣泛。交大團(tuán)隊(duì)基于特種材料微納集成制造技術(shù)的長(zhǎng)期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應(yīng)力調(diào)控、曲面圖形化和高溫敏感介質(zhì)等技術(shù)上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動(dòng)小、響應(yīng)快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了溫度、應(yīng)力/應(yīng)變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測(cè)量技術(shù)，適用溫度在800-1300℃之間。 薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測(cè)試結(jié)構(gòu) 高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術(shù) 薄膜溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)不同部位測(cè)溫需求 無線溫度傳感器測(cè)溫系統(tǒng) 高性能轉(zhuǎn)接板 基于轉(zhuǎn)接板的多芯片封裝是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是傳統(tǒng)的硅轉(zhuǎn)接板性價(jià)比不高，阻礙了廣泛應(yīng)用。上海交大團(tuán)隊(duì)基于非硅微加工技術(shù)的長(zhǎng)期積累，突破了硅轉(zhuǎn)接板絕緣層完整性和再分布層熱隔離的難題，成功研制了漏電流極低的低成本高性能硅轉(zhuǎn)接板。此外，還開發(fā)了復(fù)合材料非硅轉(zhuǎn)接板，TCV陶瓷轉(zhuǎn)接板，TGV玻璃轉(zhuǎn)接板等各種三維封裝基板，實(shí)驗(yàn)室能夠針對(duì)不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉(zhuǎn)接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個(gè)性化解決方案。 TSV-3D 高密度封裝概念圖  金屬-聚合物-納米復(fù)合材料非硅基轉(zhuǎn)接板實(shí)物圖片

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:隨著支配半導(dǎo)體技術(shù)數(shù)十年的摩爾定律日益接近其發(fā)展極限，多種功能器件集成被認(rèn)為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)展進(jìn)程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術(shù)。多元兼容集成制造技術(shù)就是為此而開發(fā)的，該技術(shù)通過在更大范圍內(nèi)優(yōu)選結(jié)構(gòu)/功能材料組合，開發(fā)異質(zhì)集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造的騰挪空間。經(jīng)過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復(fù)合材料的MEMS異質(zhì)異構(gòu)制造技術(shù)體系，并在多種類型功能器件研發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，初步展現(xiàn)了其基礎(chǔ)性支撐作用，相關(guān)技術(shù)獲得2016年度上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢(shì)多元兼容集成制造技術(shù) 獲獎(jiǎng)情況上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2016年團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2008年上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2007年超薄超快高熱流密度微通道散熱器上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了不同高熱導(dǎo)率材料組合構(gòu)造的復(fù)合結(jié)構(gòu)微通道散熱器設(shè)計(jì)方案，并基于多元兼容集成制造技術(shù)完成了多種尺寸樣品研制，其中，熱源面積與常用功率芯片尺度相當(dāng)?shù)某∩崞骼鋮s能力達(dá)到800W/cm2以上，在保留傳統(tǒng)微通道散熱器良好系統(tǒng)兼容性和適用性的基礎(chǔ)上達(dá)到了相當(dāng)高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統(tǒng)超高熱流密度散熱問題提供了一個(gè)深具可行性的解決方案。高溫薄膜溫度傳感器研究 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)傳感器技術(shù)是嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)外研究廣泛。交大團(tuán)隊(duì)基于特種材料微納集成制造技術(shù)的長(zhǎng)期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應(yīng)力調(diào)控、曲面圖形化和高溫敏感介質(zhì)等技術(shù)上取得了一定突破，成功開發(fā)了多種可與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動(dòng)小、響應(yīng)快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了溫度、應(yīng)力/應(yīng)變、熱流等多種高溫狀態(tài)參數(shù)測(cè)量技術(shù)，適用溫度在800-1300℃之間。薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測(cè)試結(jié)構(gòu)高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術(shù)薄膜溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)不同部位測(cè)溫需求無線溫度傳感器測(cè)溫系統(tǒng)高性能轉(zhuǎn)接板基于轉(zhuǎn)接板的多芯片封裝是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是傳統(tǒng)的硅轉(zhuǎn)接板性價(jià)比不高，阻礙了廣泛應(yīng)用。上海交大團(tuán)隊(duì)基于非硅微加工技術(shù)的長(zhǎng)期積累，突破了硅轉(zhuǎn)接板絕緣層完整性和再分布層熱隔離的難題，成功研制了漏電流極低的低成本高性能硅轉(zhuǎn)接板。此外，還開發(fā)了復(fù)合材料非硅轉(zhuǎn)接板，TCV陶瓷轉(zhuǎn)接板，TGV玻璃轉(zhuǎn)接板等各種三維封裝基板，實(shí)驗(yàn)室能夠針對(duì)不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發(fā)不同功能的專用轉(zhuǎn)接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個(gè)性化解決方案。TSV-3D 高密度封裝概念圖 金屬-聚合物-納米復(fù)合材料非硅基轉(zhuǎn)接板實(shí)物圖片知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權(quán) 、 集成電路布圖設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:國(guó)家級(jí)

研究?jī)?nèi)容 ：該產(chǎn)品是一種高效、價(jià)廉、無毒、低鋁、適應(yīng)性廣且制造 方便的新型無機(jī)凈水劑 —聚硅硫酸鋁鐵高效凈水劑。 利用該產(chǎn)品處理靛藍(lán)印染廢水、造紙中段廢水、廢紙?jiān)旒埫撃珡U水， 處理效果佳， COD 去除率、 BOD 去除率均在 90％以上，色度脫除率也在 96％以上，基本達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，這樣的處理效果可實(shí)現(xiàn)廢水不經(jīng)生化 處理，簡(jiǎn)化廢水處理工藝，降低廢水處理費(fèi)用。凈水效果遠(yuǎn)優(yōu)于目前市場(chǎng) 上可獲得的無機(jī)型凈水劑，凈水劑

本項(xiàng)目采用隧道結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴(kuò)展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 太陽能是大自然賜予人類最清潔，最豐富的能源資源，目前商用的太陽能電池以晶體硅電池為主，由于晶體硅消耗硅料較多，近年來人們一直致力于開發(fā)硅薄膜電池。非晶硅薄膜電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)并有了一定的市場(chǎng)份額，但它仍存在不足之處，包括光致衰減效應(yīng)和轉(zhuǎn)換效率不高(約6％)等。本項(xiàng)目在國(guó)家863計(jì)劃課題(2006AA03Z219)支持下，開展了以多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和納米晶薄膜的制備和相關(guān)材料的單結(jié)與疊層硅基太陽能電池關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)，發(fā)表科研論文20余篇。 三、創(chuàng)新點(diǎn)以及主要技術(shù)指標(biāo) 1.利用LPCVD方法和自擴(kuò)散技術(shù)生長(zhǎng)多晶硅p-n結(jié)，結(jié)合層轉(zhuǎn)移技術(shù)制備多晶硅薄膜太陽能電池； 2．采用金屬誘導(dǎo)晶化和快速熱處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)多晶硅薄膜的制備并在低溫下制備太陽能電池； 3.在PECVD和HWCVD生長(zhǎng)硅薄膜時(shí)，通過生長(zhǎng)溫度，氣體流量，氫氣稀釋比，腔室氣壓等參數(shù)實(shí)現(xiàn)微晶硅或者納米晶薄膜的生長(zhǎng)； 4.采用雙層膜技術(shù)減小表面處入射光的反射并實(shí)現(xiàn)表面鈍化，提高入射光的收集率和少數(shù)載流子壽命； 5.采用高低結(jié)結(jié)構(gòu)增加光生載流子的收集效率； 6.采用隧道結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)疊層太陽能電池的制備，擴(kuò)展電池的光譜收集范圍，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。 四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)及獲獎(jiǎng) 國(guó)家863項(xiàng)目(2006AA03Z219)

項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容： 鎂及鎂合金是迄今在工程中應(yīng)用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材 料，其比強(qiáng)度高、且具有優(yōu)良的消震吸濕和電磁干擾屏蔽性能。鎂的深加 工和鎂合金的推廣應(yīng)用都離不開質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的鎂。 硅熱法是一套復(fù)雜而高效 的工藝，本項(xiàng)目通過全面研究還原過程， 嚴(yán)格控制煅燒質(zhì)量、 配料及制團(tuán)， 在大量的皮江法煉鎂硅熱還原工藝參數(shù)與生產(chǎn)效率和出鎂率關(guān)系的試驗(yàn) 基礎(chǔ)上，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等人工智能技術(shù)優(yōu)化工藝過程，達(dá)

項(xiàng)目研究背景： 有機(jī)硅材料兼具有機(jī)硅聚合物和無機(jī)聚合物的特性， 因而具有優(yōu)良的介電性、耐高溫特性、生理惰性、防潮、絕緣、耐氣候老 化等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用在航空航天、軍用技術(shù)、電子電氣工業(yè)、紡織 造紙、建筑工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、金屬和油漆工業(yè)、醫(yī)藥醫(yī)療等領(lǐng)域，被形象 的譽(yù)為 “工業(yè)味精 ”。近年來，我國(guó)有機(jī)硅產(chǎn)品的消費(fèi)量呈逐年上升的趨勢(shì)， 有機(jī)硅材料被列為國(guó)家重點(diǎn)貴發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一。 技術(shù)原理： 主要對(duì)有機(jī)硅高沸物和低沸物裂