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幾年，隨著消費電子（手機、智能手表等）、生物醫療需求的快速發展，尤其是代表下一代柔性移動顯示屏OLED的巨大應用市場驅動下，超快激光精密微加工產業在世界范圍內迅速增長。與傳統的納秒長脈沖相比，脈寬小于15皮秒的超快激光器用于材料加工時，由于脈沖的持續時間短于材料的熱弛豫時間，在加工過程中避免熱效應，基本不帶來附加損傷和毛刺，適合于微米乃至納米精度的超精細冷加工。超快激光的瞬間功率極大，幾乎可以和任何材料相互作用，因此適用于超快激光加工的材料范圍幾乎不受限制，尤其有優勢的加工對象包括玻璃、藍寶石、陶瓷、太陽能薄膜、半導體晶圓、特種合金、精密醫療器件等。

北京大學物理學院“科技部極端光學創新研究團隊”肖云峰研究員和龔旗煌院士領導的課題組利用超高品質因子回音壁模式光學微腔，極大地增強了表面對稱性破缺誘導的非線性光學效應，得到的二次諧波轉換效率提升了14個數量級。相關研究成果在線發表在《自然?光子學》(Nature Photonics)上，文章題為“Symmetry-breaking-induced nonlinear optics at a microcavity surface”。左圖：表面二次諧波效應示意圖；右圖：光學微腔增強表面非線性效應。 二階非線性光學效應是現代光學研究與應用中最基本、最重要的非線性光學過程之一，被廣泛地用于實現頻率轉換、光學調制和量子光源等。由于結構反演對稱性的限制，常用的硅基光子學材料往往不具備二階非線性電偶極響應。借助材料的表面或界面，這種反演對稱性可以被打破，進而誘導出二階非線性光學響應。然而，傳統的表/界面非線性光學研究存在兩個重要挑戰：一是非線性轉換效率極低，即使在高強度的脈沖光激發下也僅能產生極少量的二階非線性光子；二是體相電四極響應嚴重地干擾表面對稱性破缺誘導的非線性信號分析。 該項工作中，北京大學課題組利用超高品質因子回音壁光學微腔極大增強光與物質相互作用的優勢，在二氧化硅微球腔中獲得了高亮度的二次諧波和二次和頻信號。為了充分發揮微腔“雙增強”效應，研究人員發展了一種動態相位匹配方法，利用光學微腔中熱效應和光學克爾效應的相位調制，高效地實現了基波和諧波信號同時與微腔模式共振。實驗上獲得的二次諧波轉換效率達0.049% W-1，相比傳統表面非線性光學，該效率增強了14個數量級。左圖：實驗獲得的激發光和二次諧波光譜圖；右圖：動態相位匹配過程二次諧波功率變化。 研究人員進一步通過對基波偏振和二次諧波模式場分布的測量分析，成功提取得到只有表面對稱性破缺誘導的非線性信號，排除了體相電四極響應的干擾。這種表面對稱性破缺誘導的非線性信號有望作為一種超高靈敏度的無標記“探針”，用來檢測和研究材料表面分子的結構、排布、吸收等物理與化學性質，為表面科學研究與應用提供了一個全新的物理平臺；同時，該項研究發展的動態相位匹配機制具有普適性，可進一步推廣到不同材料、不同形狀的光學諧振腔中，有望在非線性集成光子學中發揮重要作用。 研究論文的共同第一作者是張雪悅和曹啟韜同學，現分別在美國加州理工學院應用物理系和北京大學物理學院攻讀博士學位，通訊作者為肖云峰研究員。論文合作者包括新加坡國立大學仇成偉教授和王卓博士、清華大學劉玉璽教授、圣路易斯華盛頓大學楊蘭教授等。 研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、量子物質科學協同創新中心和極端光學協同創新中心等的支持。

隨著支配半導體技術數十年的摩爾定律日益接近其發展極限，多種功能器件集成被認為是超越摩爾定律延續集成電路發展進程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術。多元兼容集成制造技術就是為此而開發的，該技術通過在更大范圍內優選結構/功能材料組合，開發異質集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創新設計和制造的騰挪空間。經過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復合材料的MEMS異質異構制造技術體系，并在多種類型功能器件研發中發揮了關鍵作用，初步展現了其基礎性支撐作用，相關技術獲得2016年度上海市技術發明一等獎。 微系統集成發展趨勢 多元兼容集成制造技術  獲獎情況 上海市技術發明一等獎2016年團隊獲獎 國家技術發明二等獎2008年 上海市技術發明一等獎2007年 超薄超快高熱流密度微通道散熱器 上海交通大學團隊在長期研究經驗和技術積累基礎上，創造性地提出了不同高熱導率材料組合構造的復合結構微通道散熱器設計方案，并基于多元兼容集成制造技術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的超薄散熱器冷卻能力達到800W/cm2以上，在保留傳統微通道散熱器良好系統兼容性和適用性的基礎上達到了相當高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統超高熱流密度散熱問題提供了一個深具可行性的解決方案。 高溫薄膜溫度傳感器研究  發動機燃燒室等極端惡劣環境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數現場監測對傳感器技術是嚴峻挑戰，國內外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應力調控、曲面圖形化和高溫敏感介質等技術上取得了一定突破，成功開發了多種可與現場結構共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環境擾動小、響應快、靈敏度高、可分布式安置等優點，該團隊已經掌握了溫度、應力/應變、熱流等多種高溫狀態參數測量技術，適用溫度在800-1300℃之間。 薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測試結構 高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術 薄膜溫度傳感器在發動機不同部位測溫需求 無線溫度傳感器測溫系統 高性能轉接板 基于轉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。但是傳統的硅轉接板性價比不高，阻礙了廣泛應用。上海交大團隊基于非硅微加工技術的長期積累，突破了硅轉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接板。此外，還開發了復合材料非硅轉接板，TCV陶瓷轉接板，TGV玻璃轉接板等各種三維封裝基板，實驗室能夠針對不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發不同功能的專用轉接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個性化解決方案。 TSV-3D 高密度封裝概念圖  金屬-聚合物-納米復合材料非硅基轉接板實物圖片

"近年來，鋰離子電池在智能電網、航空航天和軍事儲能等高能耗新能源領域的應用不斷擴展，現有商用正極材料體系（包括層狀結構的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結構的錳酸鋰和橄欖石結構的磷酸鐵鋰）的實際比容量已經接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。 本項目主要通過構筑缺陷來增強富鋰錳基正極材料的電化學性能，實現高的首圈庫倫效率、倍率性能和循環穩定性，提升富鋰錳基正極材料整體性能，為其商業化應用打下基礎。 "

傳統pH值測試方法大多采用取樣的方式來測定溶液的pH值，對隨時變化的工業廢水的pH檢測相對滯后，不能實時反應溶液酸堿性的變化，其結果是當檢測到pH值偏離正常時，污染已經發生，不能在第一時間控制污染造成的損害。 本項目將pH指示劑固定在微流芯片中，當不同酸堿度的液體流經檢測芯片時，特定波長透過光強發生變化，經光電二極管轉化為電壓信號，再經神經網絡系統讀出pH值，可實時反映流體pH值的改變，監控生產狀況的變化及對污染進行實時報警。

項目成果/簡介:隨著支配半導體技術數十年的摩爾定律日益接近其發展極限，多種功能器件集成被認為是超越摩爾定律延續集成電路發展進程的重要途徑之一，這就需要能夠滿足多種功能器件高密度集成的制造技術。多元兼容集成制造技術就是為此而開發的，該技術通過在更大范圍內優選結構/功能材料組合，開發異質集成制造工藝，大大拓展了功能微器件創新設計和制造的騰挪空間。經過多年探索，目前已形成了涵蓋金屬、聚合物、陶瓷、復合材料的MEMS異質異構制造技術體系，并在多種類型功能器件研發中發揮了關鍵作用，初步展現了其基礎性支撐作用，相關技術獲得2016年度上海市技術發明一等獎。微系統集成發展趨勢多元兼容集成制造技術 獲獎情況上海市技術發明一等獎2016年團隊獲獎國家技術發明二等獎2008年上海市技術發明一等獎2007年超薄超快高熱流密度微通道散熱器上海交通大學團隊在長期研究經驗和技術積累基礎上，創造性地提出了不同高熱導率材料組合構造的復合結構微通道散熱器設計方案，并基于多元兼容集成制造技術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的超薄散熱器冷卻能力達到800W/cm2以上，在保留傳統微通道散熱器良好系統兼容性和適用性的基礎上達到了相當高的散熱能力水平，為解決高功率芯片系統超高熱流密度散熱問題提供了一個深具可行性的解決方案。高溫薄膜溫度傳感器研究 發動機燃燒室等極端惡劣環境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數現場監測對傳感器技術是嚴峻挑戰，國內外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術的長期積累，在高溫絕緣薄膜材料、多層薄膜應力調控、曲面圖形化和高溫敏感介質等技術上取得了一定突破，成功開發了多種可與現場結構共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環境擾動小、響應快、靈敏度高、可分布式安置等優點，該團隊已經掌握了溫度、應力/應變、熱流等多種高溫狀態參數測量技術，適用溫度在800-1300℃之間。薄膜絕緣電阻隨溫度的變化及測試結構高溫薄膜溫度傳感器制造及曲面圖形化技術薄膜溫度傳感器在發動機不同部位測溫需求無線溫度傳感器測溫系統高性能轉接板基于轉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。但是傳統的硅轉接板性價比不高，阻礙了廣泛應用。上海交大團隊基于非硅微加工技術的長期積累，突破了硅轉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接板。此外，還開發了復合材料非硅轉接板，TCV陶瓷轉接板，TGV玻璃轉接板等各種三維封裝基板，實驗室能夠針對不同類型器件三維高密度封裝的具體要求，定制開發不同功能的專用轉接板，為多功能、高密度、高功率、低成本封裝提供個性化解決方案。TSV-3D 高密度封裝概念圖 金屬-聚合物-納米復合材料非硅基轉接板實物圖片知識產權類型:發明專利 、 軟件著作權 、 集成電路布圖設計技術先進程度:達到國內領先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級

本發明提供一種識別微絲菌用熒光探針的制備方法，該方法先采用鹵代長碳鏈化合物對咔唑吡啶苯乙烯類菁染料的4-甲基吡啶部分進行修飾，而后再與3-甲酰基-N-乙基咔唑反應合成具有長疏水鏈的熒光探針。本發明效果為，該探針制備過程中將咔唑吡啶苯乙烯類菁染料的制備和修飾同步化，制備方法簡單，制得的熒光探針背景干擾小，熒光強度高，熒光性質穩定。利用微絲菌具有疏水表面這一特性，本申請中所制備的具有長疏水鏈的熒光探針可與其結合，從而達到熒光識別微絲菌的目的。

高性能的相干光源是基礎光物理研究和集成光子學應用的關鍵前提之一。近年來，具有超高品質因子的回音壁模式光學微腔已經成為研究各種新型高效光源的重要平臺，實驗上已經獲得了包括宇稱-時間反演對稱激光、軌道角動量激光和微腔光學頻率梳等。然而，回音壁微腔模式存在的固有手征對稱性導致腔中激光場通常是等強度相向傳輸的，嚴重阻礙了諸多光子學器件應用的發展，例如單向光發射、全光寄存器和非互易光傳輸等。迄今，要獲得具有單向性的回音壁微腔手征激光，通常需要直接打破光學諧振腔的幾何手征對稱性。這種方法得到的激光方向性是固定的，難以動態調控其出射性質，且對諧振腔的形狀設計和工藝制備要求較高。

本項目將研究CVD金剛石厚膜的制備技術，導絲模的超聲微納加工技術，最終制作出合格的CVD金剛石導絲模，內孔尺寸公差<0.1微米，內孔和外圓的同心度要求小于5mm，內孔表面粗糙度Ra<0.01mm，達到國際先進水平。 本項目涉及金剛石厚膜的制備到CVD金剛石導絲模的關鍵工藝，項目成功后，將研發成功具有我國自主知識產權的金剛石導絲模，對我國模具產業和精密加工技術的發展具有重要的推動作用。   應用范圍： 該產品應用于電火花線切割機床上使用，可以保證電火花線切割的質量和工件的加工精度。  

近年來，鋰離子電池在智能電網、航空航天和軍事儲能等高能耗新能源領域的應用不斷擴展，現有商用正極材料體系（包括層狀結構的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結構的錳酸鋰和橄欖石結構的磷酸鐵鋰）的實際比容量已經接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。本項目主要通過構筑缺陷來增強富鋰錳基正極材料的電化學性能，實現高的首圈庫倫效率、倍率性