国家实验室管理文化冲突及消解——以武汉光电国家研究中心为例

国家实验室建设是推进创新型国家建设的战略性举措,是强化国家战略科技力量的重要抓手。国家实验室管理中的文化冲突一是地方文化与外来文化的冲突,二是学术文化与企业文化的冲突;冲突的内部根源是不同的文化特征,外部根源在于领导者特征因素、员工行为因素和外部促进因素。实践表明,文化冲突在一定程度上影响了国家实验室管理绩效,但其消解是困难的。国家实验室成熟的标志在于其管理文化的作用机制建立和完善,各利益相关者要遵循文化冲突、融合的规律,采取恰当的文化整合策略,使之成为提高国家实验室管理运营价值倍增的动力之源。

全数字PET关键器件硅光电倍增器研究进展

近年来,硅光电倍增器(SiPM)凭借其出色的性能表现,已经成为正电子发射断层成像(PET)中的首选光电转换器件。SiPM具有单光子分辨能力和低于100 ps的时间分辨率,使得精确测量光子到达时间成为可能,催生了飞行时间PET、光子计数计算机断层扫描、正电子素寿命显像等新兴应用领域,这些应用又对SiPM的性能提出了更高的挑战。因此,如何将SiPM性能推进至其物理极限已成为新一代SiPM的研究的关键方向。在传统的SiPM架构中,信号经过多次处理和模数转换,带来噪声增加和时间性能恶化的问题,从而限制了SiPM的性能潜力。随着半导体制造工艺的快速发展,SiPM可在标准CMOS工艺节点上制造,标志着可以将数字逻辑集成在SiPM器件内,这是SiPM领域的一次重大突破,使我们能在单一SiPM内实现更精确的时间、能量、位置信息获取,为推进SiPM达到性能极限提供了一条可能的途径。本文综述SiPM的发展历史、工作原理和性能参数,分析传统SiPM的局限性,梳理数字SiPM研究的关键问题,介绍当前几种数字化SiPM架构,最后对数字SiPM的关键技术进行总结和展望。

热拉式多材料纤维光电子技术研究进展与展望

随着纺织工程和材料科学的快速发展,智能纤维与织物以其柔软、轻便、透气等优势成为可穿戴设备的首选载体。热拉式多材料光电子纤维有望通过热拉制工艺发展为具有多参量感知、温度调控、信息交互等功能的智能纤维。为使热拉式多材料光电子纤维可更好地服务于纺织行业,重点讨论了热拉式多材料纤维光电子技术的研究进展,总结了热拉纤维内微纳结构的调控机制,阐述了热拉式多材料纤维在传感、能源、生物、医疗等场景中的应用,并展望了热拉式多材料纤维光电子技术未来在材料选择及研发、纤维结构调控、纺织加工、多功能集成、人工智能5个方面的研究趋势。最后指出:热拉式多材料光电子纤维未来将从单一功能向多功能、力学性能改善、智能计算等方向发展,以便更好地与传统纺织加工技术结合,进一步提升织物的功能性、穿戴舒适性、场景普适性。

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。

基于光遗传学技术的脑机接口研究进展

脑机接口作为一种大脑和外部设备之间的双向通信系统,在增强脑功能、人机交互和神经康复方面得到了广泛应用。基于光遗传学技术的脑机接口,弥补了电极刺激在生物兼容性、刺激精度与细胞类型特异性上的缺陷,成为神经工程领域的研究热点。综述了光遗传学脑机接口在动物实验中的应用,以及在闭环调控脑区活动、反馈虚拟感觉和脑-脑交互等方面取得的研究进展;介绍了集成化和微型化新型光遗传学接口的研究前沿;总结了光遗传学脑机接口面临的挑战,以及探讨在多模态脑活动监测和脑-机智能等方向的发展前景。

基于纤维芯层流体力学方法制备聚合物功能微球研究进展

聚合物复合微球在医药、传感、光学、显示等领域,特别是在医药领域的临床诊断、病理成像和药物输送等方面具备重要应用价值。但是,聚合物复合微球的合成路线复杂、加工效率低下,常规工艺通常难以兼顾微球粒径单分散性、生产成本、产量等综合要求。近年来,纤维芯层流体力学方法依据纤维内发生的流体界面不稳定性(PRI)现象,可在微纳米尺度制备具有高度单分散性的聚合物微球,同时成本可控,适合批量生产。本文综述了流体界面不稳定性原理、纤维芯层PRI方法制备工艺、功能微球和结构微球的纤维芯层PRI方法制备等方面的最新进展,以及针对纤维芯层PRI方法的最新改进。

锂离子电池快充石墨负极材料研究进展

锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本征结构和浓差极化等限制其快充性能的内在因素,总结了通过石墨负极结构设计、化学修饰和表面包覆等策略提升石墨负极快充性能的方法,重点分析了增强石墨负极材料中离子电子传输、降低界面电阻等作用机理,展望了快充石墨负极的发展前景。结合现有研究成果,提出硬碳包覆微晶石墨策略,有望从材料设计层面大幅提升石墨的倍率性能,为高功率、高能量密度的LIBs石墨负极材料设计提供指导。

激光选区熔化成形AZ91D镁合金的力学性能与精度研究

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)增材制造技术可实现镁合金零件的快速制造,但有关SLM成形镁合金力学性能和成形精度的综合研究较少。以AZ91D镁合金为对象,研究了SLM成形镁合金的致密化行为、组织结构、力学性能、表面粗糙度和尺寸精度。结果表明:当实体填充所用的激光能量密度大于110 J/mm3时,成形试样可达到高度致密(致密度>99.5%),但致密度与激光能量密度并无严格的一一对应关系。高致密样品呈现微细枝晶状显微组织,极限抗拉强度、屈服强度、伸长率均超过同牌号压铸件。仅采用实体填充时,高致密、高性能样品的加工误差较小,为0.25%,但表面粗糙度较高,为(17.7±1.9)μm;加入适当的轮廓扫描后,可以将表面粗糙度降低至(14.4±1.1)μm,加工误差降低至0.12%。

光盘多阶调制编码优化方法研究

传统的光存储系统中采用游程长度受限(RunLengthLimited,RLL)调制技术,受限于光学衍射极限,容量提升难度大。多阶光存储技术采用新型多阶记录介质或多阶调制技术,在不改变光学参数的情况下可以显著的提高光存储的密度和容量。多阶RLL调制编码则是多阶光存储技术中的关键技术,为提高光存储的密度和容量,针对光盘存储研究多阶调制编码优化方法,提出4阶RLL(1,7)调制编码方法,相较于蓝光光盘现采用的17PP编码方法,最大记录密度可达2.4bit,光盘容量提升50%,并具有一定的纠错能力。

α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的水热合成与阻变开关特性研究

采用水热法合成了沿[110]方向具有优先生长取向的α-Fe_(2)O_(3)纳米棒,设计了具有非易失性阻变开关性能的W/α-Fe2O_(3)/FTO阻变存储器。对W/α-Fe_(2)O_(3/)FTO器件的阻变开关特性进行分析发现,W/α-Fe_(2)O_(3)/FTO阻变存储器的电阻比(RHRS/RLRS)在一个数量级以上,可保持100 s以上而无明显下降。此外,器件的载流子运输特性分别由LRS下的欧姆传导机制和HRS下的陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制决定。由氧空位的迁移引起的纳米导电细丝的部分形成与断裂可以解释W/α-Fe_(2)O_(3)/FTO阻变存储器的非易失性阻变开关行为。因此,基于α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的阻变存储器件可能是下一代非易失性存储应用的潜在候选器件。

基于球形长周期光纤光栅的宽动态范围位移传感器实验研究

[目的]针对光纤位移传感器动态范围窄的问题,设计一种结构简单、易于制备的气球形长周期光纤光栅(LPFG)位移传感器。[方法]采用RSOFT软件进行仿真与优化,得到光纤在不同曲率下的光谱形态,以此来确定测量区间。通过将多模光纤周期性嵌入单模光纤形成的气球形长周期光纤光栅(MMF-BLPFG),提供用于测量位移的参考峰。使用精密的连续切割装置作为实验基础,制备与仿真结果一致的实验样品进行测试。[结果]通过测量2个谐振峰的漂移,实现了36 mm的最大位移测量范围。[结论]该研究成果在舰船水下疏水空间管系的稳定性测量和连续监测等需要大规模测量的场景中具有良好的应用潜力。

钠离子电池负极材料原位透射电镜研究

近年来,由于地球上钠资源分布广泛和丰富,钠离子电池的研究引起了人们的极大兴趣。目前,钠离子电池仍面临着能量密度低、循环稳定性不理想等关键科学问题。钠离子电池存储性能的提高需要对其电极材料储钠微观机制的全面和精确的理解。尽管研究者们已经开展了大量的原位透射电子显微学研究来揭示钠离子电池负极材料的储钠特性和微观机制,但是相关的综述鲜见报道。鉴于此,本文综述了近年来原位透射电子显微镜在研究钠离子电池负极材料储钠过程中材料的形貌、微观结构和化学成分等的演化与微观机理的研究进展,阐明了钠离子电池负极材料的组成/结构与钠离子电池电化学性能之间的构效关联。本综述旨在为高效钠离子电池负极材料的高效选择和合理设计提供参考。

全数字PET关键材料硅酸钇镥闪烁晶体研究进展

硅酸钇镥(LYSO)凭借其优异的综合性能,已成为正电子发射断层成像(PET)中最为主流的闪烁晶体材料。近年来,由多电压阈值(MVT)理论发展而来的全数字PET技术,实现了闪烁脉冲的源头数字化,提高了PET成像空间分辨率、系统灵敏度等关键指标,催生了质子治疗监测、正电子寿命谱等新应用。不同于传统的时间间隔采样方法,MVT是一种基于电压-时间的纵向采样技术,在时间很快的脉冲信号采样领域具有天然优势。因此,调控LYSO晶体的闪烁发光特性,以适应MVT采样方法,从而发掘其精准数字化的最大潜能,是全数字PET应用需求下LYSO闪烁晶体的一个新的发展方向。本文综述LYSO晶体的闪烁原理、性能调控和生长技术。梳理如何调制LYSO晶体光输出、衰减时间和均一性等关键性能,以适应全数字PET的采样特性。介绍本团队面向全数字PET需求,开发的快衰减、高均一LYSO晶体的研究进展。最后,结合LYSO研究现状和全数字PET探测器的新需求,展望LYSO闪烁晶体的未来发展方向。

高平均功率高次谐波光源的研究进展(特邀)

阿秒激光脉冲(10-18 s)具有超高的时间分辨率,可以用于实现原子分子内的电子动力学的探测,这使阿秒科学成为超快光学领域里最受关注的研究前沿。传统的钛宝石飞秒激光驱动的高次谐波阿秒脉冲平均功率较低。最近,高平均功率的掺镱激光发展迅速,为产生高功率高次谐波阿秒脉冲提供了良好的驱动源。本文回顾了近二十年高重频的高次谐波光源的平均功率和最高光子能量逐步提高的研究进展,并介绍了高重频高次谐波阿秒脉冲在泵浦探测实验和相干成像等方面的应用和前景。

非集成微腔中的光学频率梳研究进展(特邀)

光学频率梳在频域上是一系列离散的、等间隔的、具有稳定相位关系的谱线,光谱覆盖范围可达百太赫兹量级,被称为光学标尺,它的出现显著提高了时间与频率的测量精度,其重要性得到了广泛认可,该领域科学家也因此获得了2005年诺贝尔物理学奖。早期的光频梳系统由固态锁模激光器构成,系统复杂且体积庞大。近年来,新兴的微腔光频梳以小型化、低功耗、相对简易的产生系统等优势极大促进了光频梳技术的发展。由于制备相对简单,且具有超高的品质因子和丰富的模式族,非片上集成的光学微腔为克尔光频梳提供了更为便利的研究平台,进一步拓展了克尔光频梳的应用场景。本文介绍了微腔光频梳的理论模型,描述了微腔光频梳的产生过程与产生方式,梳理了克尔光频梳在各类非集成微腔中的研究进展,展示了非集成微腔光梳的应用场景,总结了目前非集成微腔光梳研究所面临的挑战,并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

基于二氧化钒相变材料的光电器件激光防护研究

随着激光致盲武器的快速发展,与之对应的激光致盲防护技术逐渐成为了一项重要的研究。相变材料二氧化钒(VO_(2))因在合适的热、光、场等激励下发生半导体相与金属相的可逆相变导致光学和电学特性的显著变化而受到激光防护领域的持续关注。使用Drude-Lorentz模型对VO_(2)的光学常数进行了研究,针对单层二氧化钒在半导体相红外透过率不够高的问题进行了多层膜设计和优化,并实际制作了多层膜系。使用激光器与傅里叶红外光谱仪测试制备的VO_(2)薄膜,得到了薄膜的相变与防护效果等性能,验证了VO_(2)良好的激光致盲防护性能,实际测试表明半导体相的透过率大于92%,相变前后多层膜系的红外开关率超过98%。

全息存储中的纠错码研究综述

大数据时代对于高密度大容量的存储技术需求与日俱增。与传统存储技术的按位记录方式不同,全息存储以二维数据页为读写单位,采用三维体存储模式,凭借存储密度高、数据转换速率快、节能安全以及超长期保存等优势,成为海量冷数据存储的有力竞争者。重点介绍了相位调制的同轴全息存储,分析了目前面向全息存储的纠错码研究现状,并详细介绍了一种参考光辅助的低密度奇偶校验LDPC码优化方案。

基于单一元件产生太赫兹无衍射波束技术研究

提出了一种新型的光学元件,可以产生与元件具有一定距离的无衍射波束。普通轴棱锥的横截面为等腰三角形,通过在两个腰上限定抛物线进行元件设计,采用3D打印技术制作了不同结构参数的光学元件。角谱理论的仿真计算结果以及在0.1 THz频率下进行的实验结果,都清晰地表明了产生的无衍射波束与元件之间具有一定距离。利用空间频谱对元件的波束行为进行分析,结果表明,该元件产生了一种新型的无衍射波束,根据元件的空频形状,将元件产生的无衍射波束命名为“梳状空频无衍射波束”。

舰载电子产品高低温试验与适应性评估问题研究

高低温环境属于电子产品经常遇到的环境,其试验与适应性评估是舰载电子产品研制环境工程的重要工作内容。本文结合电子产品高低温环境试验与评估的基本流程,系统梳理了高低温环境试验与适应性评估问题,对温度稳定时间、温度保持时间以及温变速率、检测项目确定等提出建议,给出可操作性强的高低温适应性评估核查样表,为高低温环境适应性的准确验证提供借鉴。

舰艇装备使用寿命验证方法研究

论文重点对舰艇装备的使用寿命验证问题进行初步研究,首先通过对使用寿命概念的辨析,提出将使用寿命转化为自然寿命或经济寿命进行验证,并分别给出每种寿命概念下的验证方法。特别地,针对部分舰艇装备工程上当前正在应用的加速试验方法进行了分析总结,可以为舰艇装备使用寿命的验证问题提供广泛的借鉴参考。