中科院在全固态电池正极材料的失效机制研究方面取得进展

1.中国科学院金属研究所团队在全固态电池正极材料的失效机制研究方面取得进展

2.广东省光电芯片系统重点实验室团队在面向WiFi路由器的新型极化分集玻璃天线研究方面取得突破

3.东南大学顾忠泽教授课题组导电聚合物光聚合与3D打印技术最新研究成果

4.南京大学祝世宁院士荣获陈嘉庚科学奖

5.成电集成电路学院张波教授团队牵头获得2023年度国家科技进步二等奖

6.复旦大学团队在铪基铁电器件的可靠性研究方面取得重要进展



1.中国科学院金属研究所团队在全固态电池正极材料的失效机制研究方面取得进展

全固态锂电池具备高安全性和高能量密度的特点，有望成为超越传统液态锂离子电池的下一代电池技术。而电极材料（包括正极和负极）与固态电解质的界面不稳定性阻碍了固态电池的发展。因此，探讨正极/固态电解质界面不稳定性诱发的电池材料失效机制，对于优化设计全固态电池材料具有重要意义。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部研究员王春阳，联合美国加利福尼亚大学尔湾分校教授忻获麟团队，基于前期关于液态锂电正极材料失效机制的研究成果，在全固态电池正极材料的失效机制研究方面取得进展。该团队利用人工智能辅助的透射电镜技术揭示了全固态锂电层状氧化物正极材料的原子尺度结构退化机制，并发现其与传统液态电池中的退化机制具有显著差别。

研究表明，全固态电池的晶格失氧和局部应力耦合驱动的表面“晶格碎化”以及脱锂诱发的剪切相变共同导致层状氧化物的结构性能退化。表面“晶格碎化”涉及纳米级多晶岩盐相的形成。这一失效模式在层状氧化物正极材料中被发现。此外，该研究还发现了区别于传统锂离子电池中层状正极的剪切界面新构型和大尺寸O1相的形成。

上述成果拓展了层状氧化物正极的相变退化理论，有望为全固态电池的正极材料和正极/电解质界面优化设计提供理论指导。

相关研究成果以Atomic Origin of Chemomechanical Failure of Layered Cathodes in All-Solid-State Batteries为题发表在《美国化学会志》（JACS）上。


2.广东省光电芯片系统重点实验室团队在面向WiFi路由器的新型极化分集玻璃天线研究方面取得突破

前言：

广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室的梁国华教授和胡鹏飞副教授深入研究面向WiFi路由器的新型极化分集玻璃天线，并在IEEE消费电子旗舰期刊IEEE Transactions on Consumer Electronics (TCE)上发表其最新研究成果。该项工作受到主编Kim Fung Tsang教授特别邀请，为特邀文章（Invited Paper）。

01

研究背景

在当今信息爆炸的时代，WiFi已成为日常生活中不可或缺的一部分。然而，随着用户需求的不断增长和智能设备的普及，传统WiFi路由器在信号覆盖、速度和稳定性方面仍然面临着巨大的挑战。为了应对这些问题，科研团队从路由器天线方面进行探索，在TCE期刊上发表了一篇题为“Polarization Diversity Glass Antenna for Consumer WiFi Routers”的论文。

02

成果展示

该论文提出一种新型平面馈电网络，只需要单层PCB即可实现全向极化分集天线的高效馈电，解决了传统设计中至少两层馈电网络导致的高损耗问题。

为了验证其性能，将该玻璃天线与传统路由器连接，并测试其吞吐量，并和商用偶极子天线的路由器进行对比。在室内环境多场景下，采用分集玻璃天线的路由器的吞吐量均表现更优。

该技术的主要优势包括：

①稳定性提升：极化分集传输能够减少由于多径效应和干扰引起的信号衰减和丢失，从而保证了更稳定的网络连接。

②美观与实用兼备：玻璃天线不仅具备优越的性能，还能与现代家居环境完美融合，既美观又不占用额外空间。



3.东南大学顾忠泽教授课题组导电聚合物光聚合与3D打印技术最新研究成果

【东大新闻网6月25日电】（通讯员 吴雪婷）近日，东南大学生物科学与医学工程学院顾忠泽教授与南京大学化学与化工学院谢劲教授、韩杰副研究员团队合作，在亚微米精度导电聚合物三维复杂结构的3D打印方面取得重要进展。相关成果以《导电聚合物的光聚合与3D打印》（Photoinduced double hydrogen atom transfer for polymerization and 3D printing of conductive polymer）为题在国际顶级期刊Nature Synthesis上在线发表。

近年来，科技的迅猛发展推动了生物电子设备在微型化、集成化和三维化方面的显著进步，为生物医学工程和先进材料科学带来了广阔的应用前景。导电聚合物凭借其独特的离子与电子导电性，在柔性电子、生物传感、可植入医疗器械等多个领域得到了广泛应用，尤其在器官芯片（Organ-on-a-Chip）技术中展现出巨大的潜力。器官芯片通过微流控和微型化设计，模拟了人体器官的物理和生理特性，为药物筛选和疾病研究提供了高度仿真的体外实验平台。为了在器官芯片中精确模拟和监测生理电信号传导，亟需构建高精度的三维导电聚合物网络。然而，传统的二维制造技术在精度和复杂结构的构建上存在显著局限，无法满足这一需求。目前的三维制造方法，如挤出式打印和光基打印，在构建导电聚合物网络时均面临诸多挑战。挤出式打印受限于喷嘴尺寸和自下而上的材料堆积过程，打印分辨率通常低于10微米，难以实现高精度的三维导电结构。尽管光基打印技术在精度上具备优势，但导电聚合物在可见光和近红外波段的强光吸收特性，限制了激发光的穿透和光敏剂的活化，从而妨碍了Z方向上的增材制造能力。因此，开发新型三维打印方法以克服这些挑战，对于提升器官芯片在生物电信号传导和复杂生理功能模拟中的潜力至关重要。



为了突破这些技术瓶颈，顾忠泽教授团队与谢劲教授、韩杰副研究员团队提出了一种基于时空可控光诱导氢原子转移（HAT）反应的导电聚合物光聚合方法。他们开发了一种高效的HAT催化剂BPED，通过光引发双重HAT反应，实现了导电聚合物的快速光聚合。以PEDOT:PSS为例，标准反应体系使用3,4-乙烯二氧噻吩为单体，聚苯乙烯磺酸钠为对阴离子，Irgacure 2959为光引发剂，对甲苯磺酸（TsOH）为掺杂剂。在空气中，15分钟内可完成聚合反应。由于Irgacure 2959和BPED都具备优异的双光子吸收性能，该反应促成了PEDOT:PSS结构的双光子打印。在固化的水凝胶中，该方法能够打印三维PEDOT:PSS导电通路。更进一步，该技术可以同时引发了水凝胶前体的自由基聚合交联和EDOT的聚合反应，从而构建出亚微米分辨率且可编程的三维导电微纳结构。该创新性的光聚合方法有效解决了3D打印中导电聚合物的兼容性和光吸收问题。

东南大学至善博士后周鑫、南京大学化学与化工学院方尚文博士和东南大学至善博士后胡杨楠为共同第一作者。韩杰副研究员、谢劲教授和顾忠泽教授为通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

4.南京大学祝世宁院士荣获陈嘉庚科学奖

6月25日下午，2024年度陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖颁奖仪式在中国科学院第二十一次院士大会上举行。南京大学祝世宁院士与南京大学校友国防科技大学徐平研究员（完成获奖项目时在南京大学任职）的“铌酸锂光子芯片”项目获得本年度陈嘉庚科学奖“技术科学奖”。该项目在单个铌酸锂晶片上集成了纠缠光源、电光调制器、波导分束等多种功能器件，实现了片上光量子态的高效产生和高速操控。



祝世宁简介

祝世宁，1949年生，南京大学教授、中国科学院院士；现任南京大学学术委员会副主任、毓琇书院院长；担任《国家科学评论（NSR）》编委会数理组组长、《中国科学》等刊物编委、《人工晶体学报》主编；曾任南京大学物理学院院长、物理系主任、现代工学院筹建组组长，教育部科技委常委、材料学部主任，国家纳米科学技术指导协调委员会委员、总体专家组成员，国家重点基础研究发展（973）计划顾问组成员等。

主要从事微结构功能材料和物理研究 , 研究兴趣包括：微结构对经典光、非经典光场调控基础理论，发展新的实验和表征技术，开拓微结构在材料和信息领域的实际应用。在铁电晶体畴工程及室温极化技术、光学超晶格及激光技术、准相位匹配非线性光学、量子光学和光学超构材料等方面工作较为系统。作为主要完成人曾获国家自然科学一等奖（2006），国家级教学成果奖二等奖（2018）。个人荣誉有: “求是”杰出青年学者(1998)、美国光学学会会士（2013）、美国物理学会会士（2017）及首届江苏省基础研究重大贡献奖（2019）等。

获奖项目介绍

铌酸锂晶体具有宽透光范围和高电光、声光、热光和非线性系数，且化学性能稳定，传输损耗低，是理想的光子学材料，在当代信息光电子和激光领域有着重要应用，被称为“光学硅”。

项目完成人所在团队曾利用准相位匹配原理，通过对铌酸锂晶体中微结构铁电畴的调控，研制出光学超晶格并成功应用于全固态激光器、电光调制器、高频滤波器等新型光电子器件，推动了相关技术发展。本项目则是将准相位匹配原理进一步拓展到量子光学与量子信息技术领域，发展了利用微结构对光量子态相干调控系统理论，研制出多种用于光量子态产生和调控的铌酸锂光学超晶格，可用于光量子信息多个技术领域。从2010年起，项目完成人又瞄准了铌酸锂光量子集成芯片研究目标，将畴工程与现代光子集成技术相结合，于2014年首次将纠缠光子产生、电光调制、光子干涉、波分复用等不同功能单元集成到了同一铌酸锂波导芯片上，完成了芯片上量子态的可控操作，多项关键指标包括光子产率、调谐速率、调谐带宽等均创下当时国际最好水平。该工作展示了铌酸锂芯片用于可编程大规模光子集成的可行性，同时也推进了小型化、芯片化光量子器件研制和设备开发，开辟了一条有别于硅基的光量子芯片技术路线。



“陈嘉庚科学奖”简介

“陈嘉庚科学奖”是以著名爱国华侨领袖陈嘉庚先生的名字命名的科学奖励，其前身是1988年设立的陈嘉庚奖。2003年，经国务院同意，中国科学院和中国银行共同出资成立陈嘉庚科学奖基金会，设立陈嘉庚科学奖，旨在奖励近期在中国做出的重大原创性科学技术成果。陈嘉庚青年科学奖于2010年设立，旨在奖励在中国独立做出重要原创性科学技术成果的青年科技人才。

陈嘉庚科学奖和陈嘉庚青年科学奖均设立六个奖项，分别是数理科学奖、化学科学奖、生命科学奖、地球科学奖、信息技术科学奖和技术科学奖。陈嘉庚科学奖每个奖项每次评选不超过1项的获奖项目，获奖人数一般为1人，最多不超过3人。若无符合标准的获奖项目，可以空缺。2024年度共有5个科技成果获“陈嘉庚科学奖”，10位青年科技工作者获“陈嘉庚青年科学奖”。

5.成电集成电路学院张波教授团队牵头获得2023年度国家科技进步二等奖

6月24日上午，全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在北京召开。习近平等党和国家领导人出席大会并为获奖代表颁奖。

我院功率集成技术实验室张波教授团队牵头完成的“功率MOS与高压集成芯片关键技术及应用”项目获得国家科技进步二等奖。

研究介绍

该获奖项目在国家重大重点项目的支持下，建立了功率MOS器件电荷平衡新理论，突破了功率高压MOS集成耐压瓶颈，通过产学研合作，创建了三类具有国际先进水平的功率半导体制造量产工艺平台，为全球200余家企业提供了芯片制造服务，提升了我国功率高端芯片国际竞争力，推动了中国功率半导体行业进步。



团队介绍

功率集成技术实验室由张波教授担任学术带头人和团队负责人，为“四川省功率半导体技术工程研究中心”，是“电子薄膜与集成器件全国重点实验室”和“电子科技大学集成电路研究中心”的重要组成部分。现有18名教授/研究员、9名副教授/副研究员， 285名在读全日制硕士研究生和65名博士研究生，被国际同行誉为“全球功率半导体技术领域最大的学术研究团队”和 “功率半导体领域研究最为全面的学术团队”，曾8次斩获IEEE ISPSD发表论文数全球第一。



奖项介绍

2023年度国家科学技术奖是自2020年度国家科学技术奖之后的首次颁奖，共评选出国家自然科学奖49项，国家技术发明奖62项，国家科学技术进步奖139项，中华人民共和国国际科学技术合作奖10人。

6.复旦大学团队在铪基铁电器件的可靠性研究方面取得重要进展

近日，2024年超大规模集成电路国际研讨会（IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits）在美国召开。复旦大学芯片与系统前沿技术研究院的刘明院士团队在会上展示了铪基铁电器件可靠性方面的最新研究进展。

基于HfₓZr₁₋ₓO₂材料的铁电存储器（FeRAM）由于其高速、良好的可微缩性和CMOS工艺兼容性，受到了广泛关注。然而，器件的可靠性是影响其大规模应用的关键问题之一。在程序代码存储以及人工智能网络（AI）推理等以读操作为主的应用中，铁电电容既不会像在传统耐久性测试中一样被频繁擦写，也不会像在传统保持性测试中一样长时间维持在同一极化状态。因此，器件在这些应用场景下的可靠性失效规律及背后的物理机制值得深入的研究。

针对上述问题，团队首先提出了一种包含不同脉冲占空比的耐久性（duty cycling）测试方法。研究发现，在电学测试过程中，随着占空比的减小，极化强度（Psw）损失和翻转电压（Vc）偏移程度加剧，最终使得器件更快失效。在此基础上，研究人员建立了包含氧空位缺陷动力学和Preisach极化翻转机制的铁电器件三维物理模型，揭示了duty cycling背后由电场及浓度驱动下氧空位重新分布主导的失效机制。最后，团队针对性地提出了利用超晶格结构以及Hf:Zr比例调控，抑制电学刺激下的氧缺陷生成，成功缓解了上述失效行为，并实现了在128Kb铪基FeRAM芯片上的验证，推动了铪基铁电存储技术的更广泛应用。

该研究成果以题为“Comprehensive Analysis of Duty-cycle Induced Degradations in HfₓZr₁₋ₓO₂-based Ferroelectric Capacitors: Behavior, Modeling, and Optimization”入选2024 VLSI。芯片院博士生冯冠和博士后李昱为共同第一作者，芯片院蒋昊青年研究员、魏莹芬青年研究员和刘琦教授为通讯作者。