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硫化物固態(tài)電解質(zhì)（LGPS）由于擁有與液態(tài)電解質(zhì)接近的室溫離子電導(dǎo)率，因此被視為下一代高能量密度電池的候選體系之一。但是，由于硫化物固態(tài)電解質(zhì)較窄的電化學(xué)窗口（如Li10GeP2S12，1.7~2.1 V vs. Li/Li+）,在與較高工作電壓的LiCoO2氧化物正極（LCO）匹配時(shí)會(huì)發(fā)生一系列副反應(yīng)，在界面處堆積低電導(dǎo)的氧化副產(chǎn)物(如Li3PS4, S, GeS2），同時(shí)LGPS和LCO電化學(xué)勢(shì)的不匹配還將導(dǎo)致界面處產(chǎn)生空間電荷層（SCL），這些因素都將極大地增加固態(tài)電池的界面阻抗，進(jìn)而使得固態(tài)電池的性能迅速衰減。目前，解決氧化物正極-硫化物固態(tài)電解質(zhì)界面不匹配問題的主要途徑為在氧化物正極表面包覆一層過渡層，用以緩沖正極和電解質(zhì)界面的電勢(shì)不匹配問題。 通過簡(jiǎn)單易行的固相包覆方法，首先將粒徑為10 nm二氧化鈦納米顆粒均勻分散在鈷酸鋰表面，再通過高溫?zé)Y(jié)處理在鈷酸鋰表面形成一層約1.5納米保護(hù)層。對(duì)照實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)IB-TEM原位觀察和XPS佐證表明通過高溫原位反應(yīng)鈷酸鋰表面將形成Li2CoTi3O8尖晶石相(LCTO)。具有穩(wěn)定三維尖晶石結(jié)構(gòu)的LCTO晶體在鈷酸鋰工作的電壓區(qū)間依然能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與鈷酸鋰基體之間具備較強(qiáng)的鍵合，同時(shí)具有高的鋰離子擴(kuò)散能力（Li+= 8.22×10-7 cm2 s−1），低電子電導(dǎo)（2.5×10-8 S cm-1）。這些性質(zhì)將有助于在LCO和LGPS之間形成有效的電壓降，保持界面穩(wěn)定性的同時(shí)提供快速的離子遷移通道。理論計(jì)算表明，相較于LCO/LGPS界面，通過引入LCTO中間層產(chǎn)生的兩個(gè)替代界面，即LCTO/LCO和LCTO/LGPS具有更強(qiáng)的熱力學(xué)穩(wěn)定性和更強(qiáng)的界面親和力。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:硫化物固態(tài)電解質(zhì)（LGPS）由于擁有與液態(tài)電解質(zhì)接近的室溫離子電導(dǎo)率，因此被視為下一代高能量密度電池的候選體系之一。但是，由于硫化物固態(tài)電解質(zhì)較窄的電化學(xué)窗口（如Li10GeP2S12，1.7~2.1 V vs. Li/Li+）,在與較高工作電壓的LiCoO2氧化物正極（LCO）匹配時(shí)會(huì)發(fā)生一系列副反應(yīng)，在界面處堆積低電導(dǎo)的氧化副產(chǎn)物(如Li3PS4, S, GeS2），同時(shí)LGPS和LCO電化學(xué)勢(shì)的不匹配還將導(dǎo)致界面處產(chǎn)生空間電荷層（SCL），這些因素都將極大地增加固態(tài)電池的界面阻抗，進(jìn)而使得固態(tài)電池的性能迅速衰減。目前，解決氧化物正極-硫化物固態(tài)電解質(zhì)界面不匹配問題的主要途徑為在氧化物正極表面包覆一層過渡層，用以緩沖正極和電解質(zhì)界面的電勢(shì)不匹配問題。 通過簡(jiǎn)單易行的固相包覆方法，首先將粒徑為10 nm二氧化鈦納米顆粒均勻分散在鈷酸鋰表面，再通過高溫?zé)Y(jié)處理在鈷酸鋰表面形成一層約1.5納米保護(hù)層。對(duì)照實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)IB-TEM原位觀察和XPS佐證表明通過高溫原位反應(yīng)鈷酸鋰表面將形成Li2CoTi3O8尖晶石相(LCTO)。具有穩(wěn)定三維尖晶石結(jié)構(gòu)的LCTO晶體在鈷酸鋰工作的電壓區(qū)間依然能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，與鈷酸鋰基體之間具備較強(qiáng)的鍵合，同時(shí)具有高的鋰離子擴(kuò)散能力（Li+= 8.22×10-7 cm2 s?1），低電子電導(dǎo)（2.5×10-8 S cm-1）。這些性質(zhì)將有助于在LCO和LGPS之間形成有效的電壓降，保持界面穩(wěn)定性的同時(shí)提供快速的離子遷移通道。理論計(jì)算表明，相較于LCO/LGPS界面，通過引入LCTO中間層產(chǎn)生的兩個(gè)替代界面，即LCTO/LCO和LCTO/LGPS具有更強(qiáng)的熱力學(xué)穩(wěn)定性和更強(qiáng)的界面親和力。

通過使用鉛的條狀非公度相作為鉛膜和硅襯底的界面，用超高真空分子束外延技術(shù)成功制備出一種宏觀面積的、塞曼保護(hù)的新型二維超導(dǎo)體。系統(tǒng)的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，該體系的超導(dǎo)電性可存在于超過40特斯拉的平行強(qiáng)磁場(chǎng)中，這一數(shù)值遠(yuǎn)超過體系的泡利極限，是塞曼保護(hù)超導(dǎo)電性的直接證據(jù)。第一性原理計(jì)算結(jié)果也表明，條狀非公度相中特殊的晶格畸變會(huì)延伸至鉛膜中，從而在該體系中引入很強(qiáng)的塞曼自旋軌道耦合。同時(shí)，新的微觀理論也給出了強(qiáng)雜質(zhì)情形下各種自旋軌道耦合及散射效應(yīng)對(duì)二維超導(dǎo)臨界場(chǎng)的影響并定量地解釋了塞曼保護(hù)超導(dǎo)電性的物理機(jī)制。該工作表明，可以通過界面工程在中心反演對(duì)稱性保護(hù)的二維超導(dǎo)中引入面內(nèi)中心反演對(duì)稱性破缺，也即在二維晶體超導(dǎo)體系中人工引入塞曼保護(hù)的超導(dǎo)電性機(jī)制。這一結(jié)果預(yù)示出人們有望在二維超導(dǎo)體系中，通過界面調(diào)制發(fā)現(xiàn)新的非常規(guī)超導(dǎo)特性。這種宏觀尺度強(qiáng)自旋軌道耦合下的二維超導(dǎo)，也為拓?fù)涑瑢?dǎo)的探索提供了新的平臺(tái)，并為未來(lái)無(wú)耗散或低耗散量子器件的設(shè)計(jì)與集成奠定了基礎(chǔ)。圖 (a) 脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明6個(gè)原子層厚鉛膜的超導(dǎo)電性在高達(dá)40 T的水平強(qiáng)場(chǎng)下仍不被破壞。(b) 臨界場(chǎng)隨溫度的關(guān)系與理論高度重合，有力地證明了超薄鉛膜中的塞曼自旋軌道耦合保護(hù)的超導(dǎo)電性。 (c) 對(duì)外延生長(zhǎng)于條狀非公度相（SIC）界面上的超薄鉛膜進(jìn)行磁阻測(cè)量的示意圖。

成果創(chuàng)新點(diǎn) 主要技術(shù)創(chuàng)新路徑：首先在金屬板上精確車銑出所需 異構(gòu)界面，然后根據(jù)爆炸焊接相關(guān)理論計(jì)算出制備過程所 需的全部參數(shù)，最后在指定的環(huán)境下進(jìn)行爆炸復(fù)合操作。 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo):異構(gòu)界面形狀尺寸確定、焊接參數(shù)的合 理選擇、精確定位及對(duì)復(fù)板飛行姿態(tài)的控制。 核心解決問題、核心優(yōu)勢(shì)：解決了物理化學(xué)性質(zhì)相差 很大的金屬板材之間的復(fù)合，同時(shí)異構(gòu)界面增加了金屬板 材間的結(jié)合面積，提升了結(jié)合強(qiáng)度。

主要技術(shù)創(chuàng)新路徑：首先在金屬板上精確車銑出所需異構(gòu)界面，然后根據(jù)爆炸焊接相關(guān)理論計(jì)算出制備過程所需的全部參數(shù)，最后在指定的環(huán)境下進(jìn)行爆炸復(fù)合操作。 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo):異構(gòu)界面形狀尺寸確定、焊接參數(shù)的合理選擇、精確定位及對(duì)復(fù)板飛行姿態(tài)的控制。 核心解決問題、核心優(yōu)勢(shì)：解決了物理化學(xué)性質(zhì)相差很大的金屬板材之間的復(fù)合，同時(shí)異構(gòu)界面增加了金屬板材間的結(jié)合面積，提升了結(jié)合強(qiáng)度。

本發(fā)明提出了一種低熱阻熱界面制備方法，首先在襯底上制備定向生長(zhǎng)碳納米管(VACNT)，然后對(duì)VACNT 進(jìn)行改性和磁化，接著通過磁對(duì)準(zhǔn)提高 VACNT 與目標(biāo)襯底間的接觸幾率，最后利用鍵合技術(shù)實(shí)現(xiàn) VACNT 與目標(biāo)襯底間的鍵合。由于磁力和壓力的共同作用，VACNT 與目標(biāo)襯底間形成了保形接觸，從而有效降低了界面接觸熱阻。本發(fā)明解決了 VACNT 直接作為熱界面材料的難題，為納米封裝與互連、低熱阻封裝技術(shù)研發(fā)開辟了新思路，對(duì)促進(jìn)光電集成技術(shù)發(fā)展和功率器件的研發(fā)具有推動(dòng)作用

成果簡(jiǎn)介在自動(dòng)化、 智能化、 網(wǎng)絡(luò)化的大背景下， 嵌入式、 非嵌入式工業(yè)軟件都已廣泛應(yīng)用于軍工電子和工業(yè)控制等領(lǐng)域之中。 因?yàn)閷?duì)其可靠性、 安全性、 實(shí)時(shí)性要求特別高， 這要求工業(yè)軟件界面設(shè)計(jì)符合使用者認(rèn)知特征， 可用性好， 規(guī)范性強(qiáng)，簡(jiǎn)潔美觀。 本成果提供工業(yè)軟件界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)解決方案， 是為了滿足工業(yè)軟件專業(yè)化、 標(biāo)準(zhǔn)化的需求而產(chǎn)生的對(duì)軟件使用界面進(jìn)行美化優(yōu)化規(guī)范化的設(shè)計(jì)方案，具體包括軟件啟動(dòng)封面設(shè)計(jì)， 軟件框架設(shè)計(jì)， 按鈕設(shè)計(jì)， 面板設(shè)計(jì)， 菜單設(shè)計(jì)，標(biāo)簽設(shè)計(jì)， 圖標(biāo)設(shè)計(jì)， 滾動(dòng)條

研究團(tuán)隊(duì)利用一團(tuán)冷原子云在量子界面中演示了厄米性可調(diào)的動(dòng)態(tài)分束器的干涉，在原子系綜中實(shí)現(xiàn)了行進(jìn)中的光波與定域的原子自旋波之間的直接干涉，構(gòu)建了一種新的物理模型。該物理模型同時(shí)適用于所有類似結(jié)構(gòu)的介質(zhì)和光界面，為非厄米量子物理研究提供了一個(gè)新的平臺(tái)。?

長(zhǎng)期以來(lái)，石油煉制、石化和煤化工產(chǎn)品加工、制藥、新材料等生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物多、能耗高、污染大等技術(shù)問題一直困擾國(guó)際學(xué)術(shù)界與工程界。團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用完全不同于國(guó)際上的方法，解決了大規(guī)模制造微氣泡（微米級(jí)尺度）的理論問題與相關(guān)技術(shù)原理，并研發(fā)了核心裝備，發(fā)明了數(shù)以十億計(jì)的微氣泡系統(tǒng)的測(cè)試與表征方法，建立并開發(fā)了制造和調(diào)控微氣泡與氣液微界面的數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)軟件，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室研究和工業(yè)應(yīng)用中，突破了國(guó)內(nèi)外微氣泡系統(tǒng)的氣/液比不能超過0.05/1的上限，把

“石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控及其應(yīng)用”首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶量子點(diǎn)和單層石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。 一、項(xiàng)目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新 二、成果簡(jiǎn)介 近年來(lái)，石墨烯領(lǐng)域未獲得突破性應(yīng)用成果，也未找到“殺手锏”應(yīng)用領(lǐng)域，關(guān)鍵是石墨烯結(jié)構(gòu)調(diào)控不到位。一個(gè)基本的共識(shí)是，對(duì)石墨烯材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)控，有助于在光電器件、能源轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)、重大疾病診療、污染物治理等領(lǐng)域取得重大突破。上海大學(xué)吳明紅院士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)聚焦“石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控及其應(yīng)用”取得了開創(chuàng)性的研究成果，首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶量子點(diǎn)和單層石墨烯微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制，在Nature及其子刊上發(fā)表十余篇系列論文，獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。負(fù)責(zé)人吳明紅是中國(guó)工程院院士、俄羅斯工程院和俄羅斯科學(xué)院外籍院士，獲國(guó)家杰出青年基金、教育部長(zhǎng)江學(xué)者及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃等支持。團(tuán)隊(duì)依托有機(jī)復(fù)合污染控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)基礎(chǔ)科研成果向應(yīng)用轉(zhuǎn)化，在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理等領(lǐng)域取得了相關(guān)應(yīng)用突破。 一、主要理論突破 聚焦于研究主題，團(tuán)隊(duì)在以下三個(gè)方面取得重要突破： 1）為解決傳統(tǒng)方法制備的石墨烯缺陷多，無(wú)法量產(chǎn)的問題，團(tuán)隊(duì)在分子水平上首次使用分子融合法實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)單晶石墨烯量子點(diǎn)的可控制備。通過對(duì)單晶石墨烯量子點(diǎn)精準(zhǔn)的物理化學(xué)性質(zhì)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了不同亞細(xì)胞器的定位，有力推動(dòng)了石墨烯量子點(diǎn)在生物成像、重大疾病診療中的應(yīng)用。 2）為解決單層石墨烯容易聚集的難題，團(tuán)隊(duì)通過“原位復(fù)合與還原”一步法調(diào)控策略，獲得單層石墨烯復(fù)合催化材料。團(tuán)隊(duì)首次在該材料上觀測(cè)到光生電子空穴對(duì)分離的皮秒級(jí)超快過程，發(fā)現(xiàn)并揭示了單層石墨烯高效抽取和快速傳輸光電子這一重要規(guī)律，為高質(zhì)量單層石墨烯復(fù)合材料在催化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 3）精確調(diào)節(jié)石墨烯層間距，可以將石墨烯有針對(duì)性地應(yīng)用于離子篩分、污染物選擇性吸附等廣泛領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)通過金屬水合離子的層間插入控制氧化石墨烯層間距，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了層間距在超小尺度上（1 Å）的精確控制。 二、在黑臭水體治理、地表水水質(zhì)提升上的應(yīng)用 地表水內(nèi)源污染治理的關(guān)鍵是削減河道污染負(fù)荷，重建水生生態(tài)。團(tuán)隊(duì)以層間距可控石墨烯為基質(zhì)，發(fā)展了水環(huán)境污染生態(tài)修復(fù)的疊層材料。以石墨烯為基體的復(fù)合微生物在其表面生長(zhǎng)并形成生物膜，通過石墨烯和生物膜的協(xié)同作用，對(duì)水體污染物進(jìn)行高效截留、吸附并降解。該復(fù)合技術(shù)運(yùn)行成本低，治理周期短，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需底泥疏浚即可將地表水提升至IV類水以上水質(zhì)指標(biāo)，對(duì)河水的COD、氨氮和總磷，去除率達(dá)到80%以上。目前，團(tuán)隊(duì)已與上海寶山區(qū)政府建立多個(gè)石墨烯治理黑臭水體示范基地，顯著提升當(dāng)?shù)厮|(zhì)環(huán)境水平。 三、石墨烯負(fù)極材料的鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用 鋰資源的匱乏，不足以支撐鋰離子電池在儲(chǔ)能市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用，其成本較高的弊端也逐漸顯露。同時(shí)國(guó)內(nèi)外化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)需求越來(lái)越大，促使研究者們利用資源豐富的鈉元素組裝得到鈉離子電池。 經(jīng)過對(duì)鈉離子電池材料體系篩選和研究，本團(tuán)隊(duì)核心材料選用普魯士藍(lán)及其類似物作為鈉離子電池正極，碳基材料作為鈉離子電池負(fù)極。其中普魯士藍(lán)制備主要采用沉淀法及水熱法，能耗更低。此外，普魯士藍(lán)能夠作為一種染料進(jìn)行使用，其安全性非常高。經(jīng)過一系列放大，正極普魯士藍(lán)材料的充放電比容量達(dá)到160 mAh/g，碳負(fù)極材料的充放電比容量達(dá)到300 mAh/g。經(jīng)過中試線生產(chǎn)預(yù)制，單體電池工作電壓在3.2 V左右，能量密度在100 Wh/kg以上。單體電池在穿刺、擠壓、外部短路、及破壞后浸水測(cè)試的情況下，均沒有發(fā)生自燃和爆炸等情況，安全性高。 目前，擬搭建5條鈉離子電池儲(chǔ)能全自動(dòng)生產(chǎn)線及相關(guān)配套設(shè)施，研發(fā)生產(chǎn)低成本、高安全、長(zhǎng)壽命鈉離子電池關(guān)鍵材料，實(shí)現(xiàn)高性能鈉離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，預(yù)計(jì)至2026年項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，年產(chǎn)值達(dá)約22.5億元；年畝均產(chǎn)值1666萬(wàn)元。 四、石墨烯傳感材料在呼吸式血糖儀中的應(yīng)用 我國(guó)糖尿病人數(shù)眾多，并逐年上升。血糖檢測(cè)儀與檢測(cè)試紙市場(chǎng)規(guī)模約為460億元，然而國(guó)外品牌卻占市場(chǎng)份額大半。現(xiàn)有血糖儀采取長(zhǎng)期有創(chuàng)刺血檢測(cè)，存在很大感染風(fēng)險(xiǎn)，給病友帶來(lái)巨大的生理和心理上的痛苦。呼吸式血糖檢測(cè)無(wú)創(chuàng)，吹氣即可檢測(cè)，完美解決市場(chǎng)痛點(diǎn)。 糖尿病患者呼吸的氣體中，可檢測(cè)的VOCs較異常，需要高靈敏度的氣體傳感器進(jìn)行識(shí)別。但是，常規(guī)氣敏傳感材料檢測(cè)限與響應(yīng)恢復(fù)能力不足，且難以在復(fù)雜氣體氛圍中實(shí)現(xiàn)特異性檢測(cè)。團(tuán)隊(duì)通過對(duì)石墨烯帶隙和表界面特性的精確調(diào)控，實(shí)現(xiàn)皮秒級(jí)載流子空穴的形成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子的快速響應(yīng)，解決氣體傳感器靈敏度、選擇性和響應(yīng)恢復(fù)迅速的關(guān)鍵科學(xué)問題。研發(fā)的呼吸式血糖儀可滿足確診病友的日常檢查、實(shí)現(xiàn)醫(yī)院、公共場(chǎng)所快速篩查、手機(jī)APP記錄管理以及網(wǎng)上專家互動(dòng)診斷等功能，具有無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)痛苦、便捷即時(shí)（15s）等特點(diǎn)，是首款呼吸式血糖檢測(cè)產(chǎn)品。目前已二類醫(yī)療器械證書，即將已進(jìn)入臨床階段。