研在合工大 | 熱電材料、電路與系統(tǒng)等領(lǐng)域新進(jìn)展

目錄

1. 近室溫?zé)犭姴牧霞耙?固界面反應(yīng)研究取得新進(jìn)展

2. 發(fā)布面向分子場耦合納米電路的全流程EDA開源平臺iFCN

3. 發(fā)布助推低空經(jīng)濟發(fā)展新成果
   

一

近室溫?zé)犭姴牧霞耙?固界面

反應(yīng)研究取得新進(jìn)展

化學(xué)與化工學(xué)院劉玉研究員課題組聯(lián)合奧地利科學(xué)與技術(shù)研究院Maria Ibá?ez教授團(tuán)隊，在近室溫?zé)犭姴牧香y硒化物性能調(diào)控領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Liquid-Solid Interface Reactions Drive Thermoelectric Performance in Ag?Se”為題，發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Journal of the American Chemical Society》（美國化學(xué)會志）上。學(xué)校為第一通訊單位，劉玉研究員為論文第一和通訊作者，Maria Ibá?ez教授為共同通訊作者。

熱電材料能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能的直接相互轉(zhuǎn)換，在5G通信、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自供能、可穿戴電子和廢熱回收等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。長期以來，Bi?Te?基化合物一直是室溫n型熱電材料的主流選擇，但其存在碲資源稀缺、加工工藝復(fù)雜以及機械性能較差等問題，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。而Ag?Se具有低熱導(dǎo)率、較好的機械柔韌性以及環(huán)境友好等優(yōu)勢，是近年來備受關(guān)注的替代材料。然而，其本征的高載流子濃度、成分不均勻以及在高溫相中Ag?高速遷移導(dǎo)致的相穩(wěn)定性差等問題，嚴(yán)重限制了其性能提升和器件穩(wěn)定運行。此外，通過固相法合成的Ag?Se常伴隨金屬Ag等第二相析出，增加載流子濃度、降低Seebeck系數(shù)，從而削弱綜合熱電性能。

針對上述瓶頸，研究團(tuán)隊提出了一種基于液-固界面反應(yīng)的后合成調(diào)控策略：CdSe分子配合物與Ag?Se顆粒表面Ag?發(fā)生選擇性取代反應(yīng)，原位生成新的Ag?Se并同步析出納米級CdSe晶粒；與此同時，配體中的硫醇-胺體系可將多余的表面Ag轉(zhuǎn)化為可溶性Ag?硫醇鹽并有效移除，從根源上避免燒結(jié)過程中金屬Ag第二相的形成。

圖1.Ag?Se與CdSe基配合物在液-固界面反應(yīng)過程中形成納米復(fù)合材料的機制示意圖

原位透射電子顯微鏡觀察進(jìn)一步驗證了這一界面反應(yīng)過程及其對微結(jié)構(gòu)演化的影響，清晰揭示了CdSe納米晶的形成及金屬Ag消失的動態(tài)過程。該策略不僅保持了主相晶格的完整性，還引入了均勻分布的CdSe納米彌散相，這些納米結(jié)構(gòu)可顯著抑制Ag?遷移與晶粒生長，并與高密度位錯和晶界共同構(gòu)建多尺度缺陷網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對聲子的全譜散射，大幅降低晶格熱導(dǎo)率；同時，有效降低載流子濃度并提升Seebeck系數(shù)。最終，Ag?Se-7%CdSe納米復(fù)合材料在300-390K范圍內(nèi)實現(xiàn)了平均zT~1.04的穩(wěn)定高性能，優(yōu)于其他報道的Ag?Se基材料，并展現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，為低成本、綠色化制備高性能室溫?zé)犭姴牧咸峁┝诵滤悸贰?/p>

圖2.不同條件下Ag?Se、Ag?Se-thiol/amine、Ag?Se-7%CdSe樣品TEM分析對比圖

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金以及安徽省留學(xué)人員創(chuàng)新重點項目等經(jīng)費的資助，并得到奧地利科學(xué)與技術(shù)研究院原位透射電子顯微鏡的支持。

論文鏈接 : 。

二

發(fā)布面向分子場耦合納米電路的全流

程EDA開源平臺iFCN

集成電路設(shè)計研究中心解光軍教授團(tuán)隊在分子場耦合納米電路（Molecular Field-Coupled Nanocomputing, MolFCN）自動化設(shè)計領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研發(fā)并開源了面向MolFCN的全流程EDA平臺iFCN。相關(guān)成果以An Automated RTL-to-Device Design Framework for Molecular Field-Coupled Nanocomputing Circuits為題，發(fā)表在國際電路與系統(tǒng)領(lǐng)域著名期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers，合肥工業(yè)大學(xué)為第一署名單位，第一作者為博士生李楊帥，通訊作者為解光軍教授。

MolFCN是一種面向后摩爾時代的新型計算范式，其運算機制依賴于分子間的電場耦合，具備低功耗與超高集成度的優(yōu)勢，被認(rèn)為是未來信息處理的重要方向之一。然而，MolFCN電路的自動化設(shè)計長期受限于剛性的時鐘相位約束、低效的布局布線算法以及缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的門級到器件級映射路徑等問題。

圖1. iFCN平臺設(shè)計框架和軟件UI界面

為此，團(tuán)隊開發(fā)iFCN平臺，實現(xiàn)了從RTL電路輸入到器件級版圖輸出的完整自動化設(shè)計流程。平臺在底層引入Morton編碼驅(qū)動的四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一建模空間與時鐘資源，提升版圖的緊湊性與可擴展性；在放置優(yōu)化中，融合圖卷積網(wǎng)絡(luò)（GCN）學(xué)習(xí)的拓?fù)淝度胩卣鳎龑?dǎo)層內(nèi)排序與遞歸劃分，有效降低交叉線，提升布局質(zhì)量；在布線環(huán)節(jié)，設(shè)計了支持多扇出路徑復(fù)用的改進(jìn)型A*路由算法，提升布線成功率與連通性；在頂層策略中，提出輕量級自適應(yīng)時鐘相位分配機制，并研發(fā)了支持多層電路結(jié)構(gòu)的門級到器件級映射算法，可直接對接項目組自研的高效單穩(wěn)態(tài)與雙穩(wěn)態(tài)仿真模型，實現(xiàn)從邏輯設(shè)計到物理驗證與能耗評估的閉環(huán)集成。

大量基準(zhǔn)電路測試結(jié)果表明，iFCN相較傳統(tǒng)啟發(fā)式方法在運行時間上提升約30%，在版圖面積上優(yōu)化約10%；平臺可在1秒內(nèi)完成超過150節(jié)點的器件級布局，并具備在5000?節(jié)點規(guī)模下高效處理交叉線的能力。評估還顯示，iFCN的整體性能已與目前國際最先進(jìn)工具——慕尼黑工業(yè)大學(xué)提出的fiction相當(dāng)且功能更為豐富。同時，在與24nm與12nm CMOS工藝設(shè)計的對比中，iFCN生成的MolFCN電路在面積利用率和功耗表現(xiàn)方面也展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，體現(xiàn)了分子級計算在能效與集成密度方面的巨大潛力。目前，iFCN已在GitHub全面開源，可提供完整的源代碼、測試數(shù)據(jù)與樣例電路，歡迎廣大研究者訪問使用。

平臺主頁 :

圖2. iFCN核心算法之一——基于GCN圖繪制布局布線算法示意圖

三

發(fā)布助推低空經(jīng)濟發(fā)展新成果

近期，管理學(xué)院何云瀚教授團(tuán)隊與安徽智鷗驅(qū)動科技有限公司聯(lián)合研制的“凌岳”系列電動垂直起降飛行器（eVTOL）整機發(fā)布會在安徽省馬鞍山市含山縣舉行，發(fā)布會展示了“凌岳一號”文旅eVTOL產(chǎn)品整機和“凌岳二號”物流eVTOL驗證機。

圖1.“凌岳一號”文旅eVTOL與“凌岳二號”物流eVTOL技術(shù)驗證機

中國工程院院士、管理學(xué)院教授楊善林在致辭中充分肯定了項目的重大意義。他指出，低空經(jīng)濟是我國重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展前景廣闊。“凌岳”系列eVTOL項目是合肥工大積極響應(yīng)國家戰(zhàn)略需求，深度融合產(chǎn)學(xué)研用，以科技創(chuàng)新推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要體現(xiàn)。“凌岳”寓意著不畏險阻、勇攀科技高峰的堅定信念，象征著放眼天際的遠(yuǎn)大志向、矢志一流的卓越追求和腳踏實地的工作精神，這一命名凝聚了研發(fā)團(tuán)隊直面挑戰(zhàn)、攻堅克難的共同理想。

管理學(xué)院順應(yīng)低空經(jīng)濟發(fā)展浪潮，于2025年建設(shè)“應(yīng)急物流與低空經(jīng)濟”科研團(tuán)隊，并與智鷗科技建立了校企聯(lián)合研發(fā)中心。團(tuán)隊在高效飛行力學(xué)設(shè)計、自主安全飛行控制、航空動力推進(jìn)、低空智聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域取得了一系列突破性進(jìn)展，“凌岳”系列飛行器是團(tuán)隊科研成果的集中凝煉。學(xué)校多個專業(yè)的20余名學(xué)生參加了飛行器研制工作，將專業(yè)理論知識與工程實踐深度融合，展現(xiàn)了“寓教于研、產(chǎn)教融合”的人才培養(yǎng)成效。

此次合作是合肥工大主動服務(wù)國家低空經(jīng)濟戰(zhàn)略的重要實踐。項目突破了多項關(guān)鍵技術(shù)，形成了產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新新模式，培養(yǎng)了多學(xué)科復(fù)合型人才，為安徽省低空經(jīng)濟發(fā)展提供了技術(shù)和人才支撐。成果有望廣泛應(yīng)用于低空文旅觀光、城際物流運輸?shù)葓鼍埃瑸楫a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級注入新動能，彰顯了學(xué)校在服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級中的使命擔(dān)當(dāng)。

來源 | 化學(xué)與化工學(xué)院 微電子學(xué)院 管理學(xué)院

封圖 | 呂昊波

編輯 | 虎謹(jǐn)驍

責(zé)編 | 衛(wèi)婷婷 楊樂丁

投稿郵箱 | hfutxcb404@163.com

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