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北京大學(xué)物理學(xué)院“科技部極端光學(xué)創(chuàng)新研究團隊”肖云峰研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組利用超高品質(zhì)因子回音壁模式光學(xué)微腔，極大地增強了表面對稱性破缺誘導(dǎo)的非線性光學(xué)效應(yīng)，得到的二次諧波轉(zhuǎn)換效率提升了14個數(shù)量級。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然?光子學(xué)》(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(yīng)示意圖；右圖：光學(xué)微腔增強表面非線性效應(yīng)。 二階非線性光學(xué)效應(yīng)是現(xiàn)代光學(xué)研究與應(yīng)用中最基本、最重要的非線性光學(xué)過程之一，被廣泛地用于實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換、光學(xué)調(diào)制和量子光源等。由于結(jié)構(gòu)反演對稱性的限制，常用的硅基光子學(xué)材料往往不具備二階非線性電偶極響應(yīng)。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(dǎo)出二階非線性光學(xué)響應(yīng)。然而，傳統(tǒng)的表/界面非線性光學(xué)研究存在兩個重要挑戰(zhàn)：一是非線性轉(zhuǎn)換效率極低，即使在高強度的脈沖光激發(fā)下也僅能產(chǎn)生極少量的二階非線性光子；二是體相電四極響應(yīng)嚴重地干擾表面對稱性破缺誘導(dǎo)的非線性信號分析。 該項工作中，北京大學(xué)課題組利用超高品質(zhì)因子回音壁光學(xué)微腔極大增強光與物質(zhì)相互作用的優(yōu)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(fā)揮微腔“雙增強”效應(yīng)，研究人員發(fā)展了一種動態(tài)相位匹配方法，利用光學(xué)微腔中熱效應(yīng)和光學(xué)克爾效應(yīng)的相位調(diào)制，高效地實現(xiàn)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(zhuǎn)換效率達0.049% W-1，相比傳統(tǒng)表面非線性光學(xué)，該效率增強了14個數(shù)量級。左圖：實驗獲得的激發(fā)光和二次諧波光譜圖；右圖：動態(tài)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(dǎo)的非線性信號，排除了體相電四極響應(yīng)的干擾。這種表面對稱性破缺誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)、排布、吸收等物理與化學(xué)性質(zhì)，為表面科學(xué)研究與應(yīng)用提供了一個全新的物理平臺；同時，該項研究發(fā)展的動態(tài)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(xué)諧振腔中，有望在非線性集成光子學(xué)中發(fā)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(xué)，現(xiàn)分別在美國加州理工學(xué)院應(yīng)用物理系和北京大學(xué)物理學(xué)院攻讀博士學(xué)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(xué)仇成偉教授和王卓博士、清華大學(xué)劉玉璽教授、圣路易斯華盛頓大學(xué)楊蘭教授等。 研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心和極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。

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為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)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(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。 微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢 多元兼容集成制造技術(shù)  獲獎情況 上海市技術(shù)發(fā)明一等獎2016年團隊獲獎 國家技術(shù)發(fā)明二等獎2008年 上海市技術(shù)發(fā)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(xué)團隊在長期研究經(jīng)驗和技術(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?shù)某∩崞骼鋮s能力達到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)上達到了相當高的散熱能力水平，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深具可行性的解決方案。 高溫薄膜溫度傳感器研究  發(fā)動機燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對傳感器技術(shù)是嚴峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術(shù)的長期積累，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)場結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動小、響應(yīng)快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點，該團隊已經(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)動機不同部位測溫需求 無線溫度傳感器測溫系統(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)接板性價比不高，阻礙了廣泛應(yīng)用。上海交大團隊基于非硅微加工技術(shù)的長期積累，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(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)接板實物圖片

成果的背景及主要用途： 近距離放射治療是通過穿刺手術(shù)將放射性藥物植入病灶，通過放射性藥物阻 斷癌細胞增殖，達到治療的作用。課題組主要研究低輻射損害、高精度、高可靠 性，核磁兼容微創(chuàng)放療手術(shù)機器人，圖像導(dǎo)航手術(shù)輔助平臺等技術(shù)；滿足三維精 準微創(chuàng)放療手術(shù)需求。 技術(shù)原理與工藝流程簡介： 1. 機器人系統(tǒng)設(shè)計及制造 通過對圖像導(dǎo)航的近距離粒子植入引導(dǎo)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及控制部分的研究， 解決了核磁圖像導(dǎo)航機器人結(jié)構(gòu)兼容性、材料兼容性和控制兼容性等難題。解決 了超聲圖像導(dǎo)航機器人的自動控制技術(shù)和基于圖像及電磁傳感裝置的反饋控制 技術(shù)。 在穿刺針局部放入放射性粒子，經(jīng)微創(chuàng)進入人體后，放射性粒子會留在體內(nèi) 發(fā)生作用。目前已有成品，下一步開發(fā)目標是可以放入液體藥物，經(jīng)手術(shù)機器人 直接注入病灶中。 2. 圖像導(dǎo)航系統(tǒng)平臺 自主研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的圖像導(dǎo)航手術(shù)輔助平臺軟件。能夠完成病人的 數(shù)據(jù)管理，三維重建，三維劑量規(guī)劃，術(shù)中導(dǎo)航和術(shù)后驗證等功能，是微創(chuàng)放療 手術(shù)必不可少的部分。 本軟件特點是能否針對用戶需求進行模塊化組合，減少用戶投入。軟件能實 現(xiàn)多種圖像模式融合，便于術(shù)前核磁、CT 檢查與術(shù)中超聲圖像導(dǎo)航的匹配。三 維劑量規(guī)劃可以實現(xiàn)保護周邊健康器官，最大限度進行放療的作用。 3. 力學(xué)機理及軌跡規(guī)劃 軌跡規(guī)劃是手術(shù)規(guī)劃的重要組成部分，在局部放療手術(shù)中，粒子的準確植入， 是躲避重要器官，準確到達目標位置，獲得準確劑量的關(guān)鍵技術(shù)。本技術(shù)通過對 穿刺過程針與人體軟組織力學(xué)的研究，確定穿刺點及最優(yōu)手術(shù)軌跡。 應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)院、醫(yī)療器械公司技術(shù)轉(zhuǎn)化條件：大型醫(yī)療器械公司 合作方式及條件：根據(jù)具體情況面議

將表面活性劑、助表面活性劑、水、食用油、番茄紅素一起，經(jīng)簡單的混合 處理而制成紅色透明或半透明狀微乳液產(chǎn)品。制備技術(shù)特征在于微乳液可自發(fā)形 成，不借助外力（實際制備過程中在簡單攪拌條件下即可實現(xiàn)，無須高速乳化、 均質(zhì)等劇烈操作），即可形成液滴直徑在 5～50nm 的液滴，所形成微乳化體系性 質(zhì)穩(wěn)定，可長期放置或經(jīng)離心處理而不分層

該技術(shù)涉及一項基于聚苯乙烯基的載體高分子微球的生產(chǎn)技術(shù)。產(chǎn)品經(jīng)改性后，可獲得表面帶-Cl、-NH3等功能性基團的微球。 

"近年來，鋰離子電池在智能電網(wǎng)、航空航天和軍事儲能等高能耗新能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴展，現(xiàn)有商用正極材料體系（包括層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰）的實際比容量已經(jīng)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(gòu)筑缺陷來增強富鋰錳基正極材料的電化學(xué)性能，實現(xiàn)高的首圈庫倫效率、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，提升富鋰錳基正極材料整體性能，為其商業(yè)化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 "

傳統(tǒng)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(yè)廢水的pH檢測相對滯后，不能實時反應(yīng)溶液酸堿性的變化，其結(jié)果是當檢測到pH值偏離正常時，污染已經(jīng)發(fā)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(jīng)檢測芯片時，特定波長透過光強發(fā)生變化，經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)化為電壓信號，再經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)讀出pH值，可實時反映流體pH值的改變，監(jiān)控生產(chǎn)狀況的變化及對污染進行實時報警。

該專利技術(shù)可應(yīng)用于鮮棗等非呼吸躍變型的蔬菜和水果保鮮；通過綜合應(yīng)用 低溫以及安全的物理化學(xué)處理方法，可有效延長果蔬的保鮮期，提高保鮮品質(zhì)。目前鮮棗等果蔬在采后貯藏、運輸過程中，存在較嚴重的品質(zhì)劣變問題，需要有效的保鮮技術(shù)，以減少采后損失、提高經(jīng)濟效益。該技術(shù)已在新疆一家公司應(yīng)用，用于棗采后保鮮，已成熟應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)；在果蔬采后領(lǐng)域，該技術(shù)具有較好的應(yīng)用前景，在應(yīng)用過程中也將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。 專利的技術(shù)水平： 鮮棗的采時間選擇在棗脆熟期；采摘后進行適度脫水處理，脫水 5-10%；然后在-2℃左右貯藏。在貯藏 4 個月后，棗果實基本保持鮮棗的色澤、口感和風(fēng)味。該技術(shù)水平居國內(nèi)領(lǐng)先。 

項目成果/簡介: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為是超越摩爾定律延續(xù)集成電路發(fā)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(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。微系統(tǒng)集成發(fā)展趨勢多元兼容集成制造技術(shù) 獲獎情況上海市技術(shù)發(fā)明一等獎2016年團隊獲獎國家技術(shù)發(fā)明二等獎2008年上海市技術(shù)發(fā)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(xué)團隊在長期研究經(jīng)驗和技術(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?shù)某∩崞骼鋮s能力達到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)上達到了相當高的散熱能力水平，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深具可行性的解決方案。高溫薄膜溫度傳感器研究 發(fā)動機燃燒室等極端惡劣環(huán)境下（高溫、強振動、強腐蝕等）的工作參數(shù)現(xiàn)場監(jiān)測對傳感器技術(shù)是嚴峻挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究廣泛。交大團隊基于特種材料微納集成制造技術(shù)的長期積累，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)場結(jié)構(gòu)共型的高溫薄膜傳感器，具有體積小、環(huán)境擾動小、響應(yīng)快、靈敏度高、可分布式安置等優(yōu)點，該團隊已經(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)動機不同部位測溫需求無線溫度傳感器測溫系統(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)接板性價比不高，阻礙了廣泛應(yīng)用。上海交大團隊基于非硅微加工技術(shù)的長期積累，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(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)接板實物圖片知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利 、 軟件著作權(quán) 、 集成電路布圖設(shè)計技術(shù)先進程度:達到國內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級

目前，從美國能源信息署的數(shù)據(jù)可以看出，到2025年，全球的石油年需求量將達到136.5億噸。然而，世界范圍內(nèi)易開采、低成本的石油資源越來越少，難開采、高成本的石油資源越來越多，因此需要目前主要可以通過開發(fā)一些新的技術(shù)來解決這一矛盾，水力壓裂就是一種新型高效的開采技術(shù)，它是石油、天然氣低滲透油氣井開采增產(chǎn)的重要新技術(shù)，水力壓裂一般應(yīng)用到水平井中。在水力壓裂過程的中，支撐劑是其中的關(guān)鍵材料。本項目采用軟化學(xué)漿液閥制備超低密度微球支撐劑，廣泛應(yīng)用于各種油氣井中。