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光电突触与光源等光子器件的集成是实现大规模复杂光电神经形态芯片的重要基础.然而,材料兼容性与制备工艺方面的挑战严重阻碍此类多器件集成的实现.基于同一硅基氮化镓平台,成功实现突触晶体管、薄膜电阻、驱动晶体管与发光二极管的集成,构建出支持光/电数据同步写入与读取的通信-感知-存储-计算一体化系统.突触晶体管的突触后电流经薄膜电阻转换为电压信号,最终通过压控发光二极管以光信号形式输出.实验成功验证该芯片系统在紫外光刺激下呈现的神经形态响应特性,以及结合外部光电探测器进行的光学读取功能.这一突破性研究可为未来大规模全光神经形态芯片提供关键技术支撑,在光互连和神经形态计算等领域具有广阔的应用前景.

目的 探究脉冲连接技术在大气下实现块体非晶合金毫秒级冶金结合的物理机制,并阐明接头截面元素富集特征的形成原因.方法 以 Zr35Ti30Cu7.5Be27.5 非晶合金为研究对象,结合特征温度的加热速率依赖性分析与Vogel-Fulcher-Tammann(VFT)黏度流变模型,描述毫秒电脉冲条件下接头区黏度的时程变化规律;建立平行板力学模型,评估界面流动对表面氧化膜产生的膜内拉应力并描述其断裂行为;进一步引入基于有效电荷的电迁移模型,计算脉冲电流下 Zr 和 Ti的电子风力方向与大小,并与界面元素分布进行关联分析.结果 毫秒级电脉冲可使接头区域在极短时间内进入低黏度过冷液相状态,促使界面发生强烈流动.平行板流变模型表明,流动引起的氧化膜膜内拉应力为7.6～10.3 GPa,显著高于典型金属氧化物的断裂强度,从而导致氧化膜破裂,使得两侧母材实现原子层面的物理结合.电迁移分析结果进一步表明,Zr 与 Ti在脉冲电流作用下可能出现反向电迁移或者同向电迁移,但迁移强度存在数量级上的差异,从而形成接头截面处Zr、Ti元素的区域富集.结论 在电脉冲连接过程中,快速加热诱导的过冷液相低黏度流动、界面应力驱动的氧化膜断裂以及脉冲电流下的元素电迁移三方面的协同作用,共同实现了快速冶金结合,本研究为深入理解非晶合金电脉冲连接机理及工艺优化提供了理论依据.

北京地区桥梁长期面临冻融循环及冬季大量使用除冰盐,导致桥梁混凝土结构钢筋电化学腐蚀问题突出,严重威胁结构耐久性与安全.文章聚焦于"电化学迁移型有机-无机复合阻锈剂(EMI)"智能防护技术,深入剖析了氯离子侵蚀诱发的钢筋电化学腐蚀微观机理.技术核心在于利用混凝土孔隙液建立的电场驱动阻锈组分定向迁移至钢筋表面,形成智能修复与持续保护层.文章以北京城市主干道通惠河桥为工程案例,应用该技术后,钢筋腐蚀电流密度显著下降,混凝土电阻率明显提升,有效阻断了腐蚀进程.EMI技术的应用为北京及类似严酷环境服役桥梁的延寿防护提供了创新性解决方案.

目的 针对空间微小碎片高速撞击威胁航天器高压太阳电池阵在轨安全的问题,开展微米级铝颗粒撞击诱发二次放电特性的试验研究,揭示放电时间随电路参数变化的非线性演化规律.方法 利用激光驱动飞片技术构建地面模拟试验系统,开展微米级铝颗粒高速撞击三结砷化镓太阳电池阵试验.通过获取不同工况下的放电波形与电弧图像,结合微观形貌分析,研究太阳电池阵串间电流与二次放电特性的非线性耦合关系.结果 在太阳电池阵串间电压一定时,串间电流是决定二次放电持续时间的主要因素.随着串间电流增大,放电持续时间显著增长.当电流较低时,持续时间受颗粒动力学参数影响;当电流超过2.0 A 时,电路注入的焦耳热效应占据主导,表现为持续性放电,极易导致永久性短路.此外,根据放电时间将损伤形貌明确划分为热扩散、基板初步热溶解与基板碳化3 个阶段.结论 空间碎片撞击诱发的持续性放电存在明显的电流阈值效应.该研究建立的损伤演化规律及获取的 2.0 A 串间电流阈值,可为航天器太阳电池阵的空间碎片防护设计及在轨风险评估提供试验依据.

镁合金及钛合金作为典型的轻质合金材料,被广泛应用于轨道交通、航空航天和生物工程等领域,通过制备镁/钛异种合金构件来实现镁合金和钛合金的优势互补,不仅能够满足更多现代工程需求,还可以进一步拓展二者的应用深度与广度.针对镁/钛异种合金构件实际生产制造需求,采用电弧增材制造(WAAM)技术制备了 AZ91 镁合金/Ti6Al4V 钛合金异种合金试件,探究了镁合金熔敷参数对试件宏观成形及界面组织的影响,在此基础上分析了镁/钛异种合金 WAAM 试件的微观组织、力学性能和腐蚀性能,并结合 Mg-Ti-Al 三元系统热力学计算探讨了镁/钛异种合金 WAAM 试件的界面反应层形成机理.结果表明:镁合金熔敷时过大的送丝速度会导致镁合金的蒸发损耗增加,而较低的行进速度则会导致镁合金熔敷层侧向流淌严重;在镁/钛界面层形成了 Ti3Al 和 Mg17Al12 金属间化合物,且界面层的厚度随着镁合金熔敷时热输入的增加而增加.在拉伸测试过程中,镁/钛异种合金水平(横向)拉伸试件不仅在 Ti-Al 与 Mg-Al 金属间化合物层之间发生剪切失效,使得拉伸试件的钛合金熔敷层与镁合金熔敷层产生分离,还发生了钛合金熔敷层断裂与镁合金熔敷层断裂,在试件横截面积为 6 mm2 且两种合金熔敷层面积比为 1∶1条件下,其平均最大拉伸剪切载荷为(3 203±155)N.与钛合金熔敷层相比,镁合金熔敷层具有较高的自腐蚀电流密度和较低的自腐蚀电位,使得镁/钛异种合金试件易发生电偶腐蚀;在质量分数为 3.5%的 NaCl 溶液浸泡腐蚀过程中,镁合金熔敷层作为阳极发生溶解形成点蚀坑,钛合金熔敷层则作为阴极发生析氢反应,最终在界面处形成大量的 Mg(OH)2.热力学计算结果显示:在熔敷沉积过程中,Al 原子受到化学势的驱动而向界面处扩散,并在界面处先后形成Ti-Al 和Mg-Al 金属间化合物.

针对高端显示、发光二极管(Light Emitting Diode,LED)标准灯及太阳模拟器等应用对单色LED光谱高精度、高稳定性的需求,提出一种基于智能优化算法和混合驱动技术的单色LED光谱调控方法.首先,构建了基于Buck转换器的可编程电流驱动电路,通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)与STM32单片机协同控制脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)信号的增益和占空比,实现1600种单芯片LED光谱分布的精准生成.进一步引入双芯片LED光谱叠加技术,将可调光谱数量扩展至2.56×106组,有效解决光谱分布稀疏问题.在此基础上,结合具有全局寻优能力的差分进化(Differential Evolution,DE)算法,通过对大量驱动参数组合的高效搜索,实现单色LED峰值波长和辐射强度的高精度调控.实验结果表明,该方法可在552～559 nm峰值波长范围内实现辐射通量调控误差小于1.2×10-4 mW·m-2·nm-1,且搜索效率较遗传算法提升3倍以上.本研究为高性能可调谐单色LED光源的研制提供了一种兼具高精度与高稳定性的有效技术途径.

　　低维钙钛矿材料因其结构的多样性和可调控的物理化学性质，在低功耗能量收集领域展现出巨大潜力.在室内光伏应用方向，二维(2D)钙钛矿具有可调带隙、高吸收系数及良好稳定性，但低光照下的界面非辐射复合严重限制了其性能.在这里，我们报告了一种使用 RP 钙钛矿层对 DJ 型 2D 钙钛矿太阳能电池进行界面改性的方法.通过调整基于 RP 钙钛矿层的厚度，在不同的室内光照强度下量化了界面缺陷态与载流子迁移率之间的关系.通过实现界面缺陷钝化和载流子传输之间的平衡，器件在 1000 lux(3000 K LED)光照下实现了 30.30%的光电转换效率(PCE)和 936 mV 的开路电压(VOC)，器件寿命较三维钙钛矿提升二十倍[1].在另一低功耗能量收集方向-湿气发电中，我们开发了基于零维(0D)钙钛矿的新型湿气发电装置.利用水分子与钙钛矿作用释放出氢离子来形成离子梯度，通过离子梯度扩散诱导电压驱动电流输出，实现了约0.95 V的电压和270 mA cm-3的电流密度，实现相当于 45 mW cm-3 的体积功率密度[2].研究表明，通过合理的结构设计与界面调控，低维钙钛矿在室内光伏与环境湿气能量收集等低功耗场景中均表现出显著的应用潜力，可以有效地收集环境能源，并推动可持续能源技术的未来发展.

电力开关装备是实现电力能源调度、运行模式转换、各类故障切除的核心装备,是电力系统的安全卫士,一旦开断失败,将导致系统瘫痪甚至大面积设备损毁.电力系统的每次技术变革,电力开关装备都是一大瓶颈.西安交通大学荣命哲创新团队以电力开关装备科技自立自强为目标,在交流开关装备技术、直流开关装备技术、数字化设计及新一代开关装备技术3个方面取得了开创性成果.首先,颠覆被动等待电流自然过零开断的传统技术,化被动为主动,提出了电弧零区和电流零点主动调控的交流开断新方法,成功研制出550 kV/80 kA双断口断路器及全球首台31.5 kV/210 kA环保型发电机快速断路器,解决了超大短路电流开断难题;其次,颠覆必须外加装置强迫电流过零的传统技术,化电弧之害为利,首创电弧能量驱动的直流开断新原理,研制了4 kV/70 kA及10 kV/100 kA中压直流开关装备,占领了大容量直流开断技术领域国际制高点;最后,开发了多组分放电等离子体基础数据库和电力开关装备数字化设计软件,创建了开关装备数字化设计体系,并基于此研制了国内首台126 kV高压无氟环保组合电器及电压等级世界最高的800kV智能开关装备,引领了电力开关装备环保化和智能化发展.面向未来电力系统发展,将继续深耕极端条件下的新型开断机理与数字化技术,致力于提升电力装备的经济性与可靠性,为构建新型电力系统提供坚实的技术支撑.

水伏发电(WEG)技术因其独特的能量转换机制而备受关注.然而,传统水伏发电装置通常依赖蓄水池或定向湿气扩散装置作为供水载体,这在一定程度上限制了其便携性和应用灵活性.针对这一问题,本研究创新性地采用水凝胶作为供水介质,并结合铵化木片(p-Wood)与羧基化木片(n-Wood),构建了一种新型木片/水凝胶水伏发电装置(WHEG).研究系统考察了木片与水凝胶的配置模式、水凝胶种类、木片厚度比例及环境条件对WHEG发电性能的影响.实验结果表明,以聚丙烯酸(PAA)水凝胶为供水层,p-Wood与n-Wood厚度比为 1∶3,并采用MD(p-Wood上层,n-Wood中层,PAA水凝胶下层)组装方式的WHEG表现出最优的发电性能.在 74%相对湿度条件下,该装置可产生 830 mV的电压.当外接负载电阻为 110 kΩ时,其最大短路电流密度可达 23.2 μA/cm2,单位体积功率密度为 11.07 μW/cm3.此外,通过将 6个WHEG器件串联,输出电压可提升至 4.43 V,足以驱动计时器、LED灯泡等小型电子设备.这一研究为开发便携式、高效水伏发电装置提供了新的思路和技术路径.

为了解决中小功率的LED照明驱动电源两级驱动电路存在控制复杂、网侧谐波大、效率低、成本高且体积大的问题,提出了一种单级降压型Cuk/双输入(TI)Buck的LED驱动电路及其融合电能变换的可见光通信(VLC)调制策略.详细分析了所提出电路的工作原理和工作过程,进行了电路的稳态特性分析,推导了电路变量关系,设计分析电路关键参数;基于正交幅度调制(QAM)技术的原理,将输出电流交流分量的幅值、频率和相位作为星座的坐标轴,根据通信数据进行调制,叠加到LED照明输出直流电流上,融合照明输出平均电流恒流输出控制策略,同时实现了数据通信.通过数字闭环控制满足输入和负载切换的动态响应特性.最后,通过计算机仿真分析并研制了一台185～265 V/50 Hz交流输入、1A/50W满载输出的实验样机.样机实现了数据传输速率10～15 kbps、输出调光范围30％～100％的调光且功率因数在0.97 以上,满足IEC61000-3-2 C类照明电器输入电流谐波限制要求标准;满载整机效率在 83％以上,最高效率达 85.1％.计算机仿真和实验结果验证了所提出单级电路和融合电能变换QAM可见光通信调制策略的有效性.