千里光宁氧化物

人工视觉智能技术在安全、医疗和服务等领域颇有应用潜力。然而，随着网络化和信息化的发展，基于冯诺依曼构架的现有视觉系统因功耗问题难以实时处理海量激增的视觉数据。仿生人类视觉的光电突触器件可集图像信息采集、存储和处理于一体，有效解决现有视觉系统存在的时效性、功耗等问题。非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)作为传统电子器件在显示、电子电路等领域已实现产业化应用。因此，基于氧化物TFT的创新器件在产业工艺兼容性、与后端电路的在板集成等方面优势明显，在仿生人类视觉神经突触器件的研发方面，亟待解决如可见光响应弱、频率高效选择性、不同波段信号串扰等一些关键科学和技术问题。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队阐明了非晶氧化物半导体器件中与氧空位息息相关的突触权重调控的微观机理，为提高可见光响应奠定了理论基础，设计了背沟道修饰pn异质结的光电突触TFT，有效耦合了三端器件的栅压调控和两端器件的内建电场调控功能，兼具高光电响应、易集成、低功耗等优势。 　　近期，该团队携手福州大学教授张海忠团队，设计了基于InP量子点/InSnZnO的光电TFT的仿生视觉传感器，将氧化物半导体优异的电传输特性和InP量子点良好的宽光谱响应特性有机结合，使器件具有优异的栅极可控性和可见光响应特性，通过简单控制栅极偏置实现初始状态的调控，仿生模拟了人眼暗视和明视环境下适应功能的切换。该工作构建的TFT阵列在感知红绿蓝三原色字母时均表现出逼真的环境自适应特征。此外，基于该光电传感阵列的三层衍射神经网络用于手写数字识别模拟，准确率可达93%。该研究为开发环境适应性人工视觉系统开辟了新途径，并对神经形态光电子器件的研发具有启发性意义。 　　相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到国家自然科学基金和宁波市重大科技攻关项目等的支持。人眼明暗适应过程与氧化物光电薄膜晶体管光电流变化过程的类比演

摘要　　“十二五”期间，氮氧化物的总量控制要突出重点行业和重点区域，推行以防治火电行业排放为核心的工业氮氧化物防治体系和以防治机动车排放为核心的城市氮氧化物防治体系。要推进能源结构持续优化，严格控制新增量 全面开展电力行业氮氧化物减排 采取综合措施加强机动车氮氧化物排放控制 推进以水泥行业为主的其他行业氮氧化物排放控制。　　2011年3月14日，全国人大审议通过了“十二五”规划纲要，提出化学需氧量、二氧化硫分别减少8%，同时将氨氮和氮氧化物首次列入约束性指标体系，要求分别减少10%，氮氧化物已经成为我国下一阶段污染减排的重点。　　把氮氧化物作为“十二五”减排约束性指标的必要性　　■阅读提示　　由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，威胁人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。若不加严控制，今后一段时期我国城市光化学烟雾、酸雨污染和灰霾天气还将呈迅速发展和恶化之势。　　氮氧化物活性高、氧化性强，是造成我国复合型大气污染的关键污染物。随着国民经济持续快速发展和能源消费总量大幅攀升，我国氮氧化物排放量迅速增长。“十一五”期间，我国氮氧化物排放量逐年增长，2008年达2000万吨，排放负荷巨大。火力发电、工业和交通运输部门三者之和占我国氮氧化物排放总量的85%，基本呈现三足鼎立之势。氮氧化物排放量的迅速增加导致了一系列的城市和区域环境问题。北京到上海之间的工业密集区已成为对流层二氧化氮污染较为严重的地区，“十一五”期间全国降水中硝酸根离子平均浓度较2005年有较大幅度增长。由氮氧化物等污染物引起的臭氧和细粒子污染问题日益突出，威胁人民群众的身体健康，成为当前迫切需要解决的环境问题。若不加严控制，今后一段时期我国城市光化学烟雾、酸雨污染和灰霾天气还将呈迅速发展和恶化之势。综上分析，“十二五”期间我国必须对氮氧化物进行全面控制，针对氮氧化物的污染特征，进入以质量改善为切入点、以主要行业为突破口的大规模削减阶段。　　从减排管理的基础条件来看，自“十一五”以来，随着污染减排三大体系能力建设的加强，氮氧化物统计、监测管理工作取得突破性进展。2006年全国环境统计中将氮氧化物因子纳入到环境统计范畴 2007年开展的污染源普查工作对全国氮氧化物排放系数和排放现状进行了全面调查。在污染源监测方面，随着国控重点源烟气排放连续监测设施建设完成，氮氧化物排放重点源大都具备了自动监测的能力，并与省、市监控中心实现了联网。此外，国内火电行业氮氧化物控制技术日趋成熟，除催化剂等核心技术外，基本实现了国产化。这些都为全面实施氮氧化物排放总量控制奠定了良好的基础。　　“十二五”氮氧化物总量控制总体考虑及目标的确定　　■阅读提示　　在确定国家总量控制目标的同时，也将减排任务分解到了各省(自治区、直辖市)，确定了减排项目清单，真正把减排任务落到实处，这是总量控制目标制定的一次突破。　　污染物排放总量控制是环境管理的重要手段，我国氮氧化物的总量控制模式要根据排放物的污染特征来确定，氮氧化物排放具有行业、区域集中的特点，因此，“十二五”期间氮氧化物的总量控制要突出重点行业和重点区域，推行以防治火电行业排放为核心的工业氮氧化物防治体系和以防治机动车排放为核心的城市氮氧化物防治体系。强化总量控制对经济发展方式、经济结构调整和能源结构调整的优化作用，严格控制增量，强化结构减排，细化工程减排，实化监管减排，确保减排约束性指标目标的完成。　　值得一提的是，此次在总量控制目标确定方面，我国首次采用了“二上二下”的方式。通过印发《“十二五”主要污染物总量控制规划编制指南》(以下简称《指南》)，提出了“十二五”氮氧化物减排的总体思路、减排要求、减排技术路线及总量目标测算方法，各省结合本省的环境质量状况、经济社会发展情况及减排潜力，根据《指南》要求编制总量控制规划，测算总量控制目标，提交减排项目清单。在此基础上，统筹考虑国家宏观经济政策、节能减排重大战略、产业布局和结构调整要求，确定国家总量控制目标，实现了统筹协调、上下衔接、部门联动，增强了总量控制目标确定的科学性、合理性和可行性。在确定国家总量控制目标的同时，也将减排任务分解到了各省(自治区、直辖市)，确定了减排项目清单，真正把减排任务落到实处，这是总量控制目标制定的一次突破。　　“十二五”氮氧化物总量控制基本思路　　■阅读提示　　推进能源结构持续优化，严格控制新增量 全面开展电力行业氮氧化物减排 采取综合措施加强机动车氮氧化物排放控制 推进以水泥行业为主的其他行业氮氧化物排放控制。　　推进能源结构持续优化，严格控制新增量。严格执行国家产业政策，全面落实淘汰落后产能要求，在单位面积排放强度大的地区要进一步加严产业结构调整要求，遏制高耗能、高污染产业过快发展。严格控制污染物新增量。新建项目必须按照先进的生产技术和最严格的环保要求进行控制，大幅度降低污染物排放强度。煤电及水泥行业新建项目要求配套建设烟气脱硝设施。提高机动车准入门槛，执行国家第Ⅳ阶段排放标准，部分城市提前执行国家第Ⅴ阶段排放标准，供油油品实现配套。进一步改善能源消费结构，控制煤炭消费增量，促进经济发展的绿色转型。　　全面开展电力行业氮氧化物减排。电力行业属于高架源，排放的氮氧化物在大气中发生远距离传输和化学转化，不但会影响当地的环境质量，而且存在跨界污染的问题，是造成区域性环境问题的主要原因。截至目前，我国已有80%的火电机组采用了低氮燃烧技术，已建烟气脱硝设施达到9700万千瓦。目前我国正在修订火电厂大气污染物排放标准，氮氧化物的排放标准将会非常严格。这就要求在“十二五”期间，除淘汰的小火电机组外，全面推进现役机组低氮燃烧技术改造及脱硝设施的建设，加大已安装脱硝设施机组的监管力度，提高减排能力。东部地区和其他地区的省会城市单机容量20万千瓦及以上的现役燃煤机组实行脱硝改造，其他地区单机容量30万千瓦及以上的现役燃煤机组实行脱硝改造。　　采取综合措施加强机动车氮氧化物排放控制。在一些大城市，机动车排放已经超过工业排放成为重要的大气污染源，氮氧化物的分担率一般在50%左右，由于其排气高度低，对人体的危害非常大，因此机动车氮氧化物的控制对改善城市环境质量具有至关重要的作用。“十二五”期间我国将在有条件的重点城市实行机动车新增量总量控制，并严格执行黄标车淘汰政策。按照东、中、西部差别化的政策，加大黄标车的淘汰力度，到“十二五”末，东部地区基本淘汰所有黄标车，即国0的汽油车和国Ⅲ以前的柴油车。提高机动车准入门槛，实施油品升级改造工程。“十二五”期间，在全国范围内严格实施国家第Ⅳ阶段机动车排放标准，部分重点区域和城市提前实施国家第Ⅴ阶段排放标准 2011年在全国范围内供应国Ⅲ标准的车用燃油，2015年底前基本实现国Ⅳ水平车用燃油的供应，实现车、油同步升级。　　推进以水泥行业为主的其他行业氮氧化物排放控制。我国水泥行业氮氧化物的排放占总排放量的10%左右，是我国氮氧化物排放的第三大源。随着水泥行业落后产能淘汰工作的推进，新型干法窑的使用比例将大幅增加，在提高能源使用效率的同时，由于燃烧温度高等原因，氮氧化物排放量将显著增加。“十二五”期间需大力开展水泥行业新型干法窑降氮脱硝工作，根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝工程建设，要求长三角、珠三角、京津冀鲁等重点区域氮氧化物年排放量在1000吨以上或熟料生产规模在2000吨/日以上的现役新型干法窑实行脱硝改造。　　钢铁、工业锅炉也是氮氧化物的重要排放源，为拓展氮氧化物减排领域，推进氮氧化物持续减排，“十二五”期间应加快冶金行业、工业锅炉等其他行业氮氧化物控制技术的研发和产业化进程，推进烟气脱硝示范工程建设。　　“十二五”氮氧化物总量减排的难点　　■阅读提示　　电力行业大规模脱硝受多种因素的影响和制约 油品质量保证和机动车排放标准实施进程直接影响到氮氧化物的减排进展 重点行业污染治理技术的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。　　电力行业大规模脱硝受多种因素的影响和制约。为实现氮氧化物“十二五”总量控制目标，“十二五”期间我国电力行业脱硝装机容量比例需达到70%以上(包括新增机组)，这将大于“十一五”期间二氧化硫的脱硫装机容量，减排压力非常大。此外，电厂脱硝还原剂氨的需求量将很大，脱硝装置中的催化剂也未实现国产化，这些因素都将增大电力行业氮氧化物减排的难度。　　油品质量保证和机动车排放标准实施进程直接影响到氮氧化物的减排进展。车用燃油质量差、含硫量高是制约机动车排放控制的主要因素，尤其是当前柴油品质极不利于柴油机尾气后处理技术的使用，影响氮氧化物减排效果。目前我国还未实现国Ⅲ油品柴油的全面供应，这与“十二五”期间要基本实现国Ⅳ水平车用燃油的供应仍有较大差距，需要多部门加强协调推进这项工作。另外，提高机动车排放标准是控制机动车氮氧化物新增量的主要手段，但标准实施后减排效果需要一定的时间才能显现，因此，“十二五”期间国Ⅳ排放标准能否及时推行是保障机动车氮氧化物减排的关键。　　重点行业污染治理技术的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。尽管我国已有电厂烟气脱硝的控制技术，但火电厂烟气脱硝的一些关键技术仍受制于国外，钢铁、水泥、工业锅炉等行业氮氧化物排放控制技术也处于研究阶段，其研发及应用的发展水平将影响“十二五”氮氧化物的减排效果。“十二五”期间，国家应该对氮氧化物控制技术研究及产业化给予更多的支持及优惠政策，尽快推动国内氮氧化物控制技术的规模化示范应用和产业化，为氮氧化物的大规模削减提供更多技术支撑。

高温红外辐射涂层作为高效节能新材料，通过热辐射方式提高传热效率，在火力发电、钢铁、电力、石油化工、冶金和焦化行业颇具应用前景。近年来，高熵材料尤其是高熵氧化物具有可调控的主元组分和独特的晶体结构，使其在功能材料研究与应用领域备受关注。然而，鲜有关于高熵材料在高温红外辐射方面的研究报道。中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室低碳能源材料组高祥虎研究员团队在新型高温红外辐射材料的设计与制备方面开展了系统研究。针对传统尖晶石氧化物在短波长红外区域发射率低、热稳定性不佳的问题，研究提出了利用高熵概念进行材料性能优化设计。科研人员通过简便、低成本的固相合成反应，制备出(CuMnFeCr)3O4尖晶石型高熵氧化物红外辐射材料，重点研究了高熵多主元设计对材料红外辐射性能和高温热稳定性的影响。结果表明，多主元设计可有效提高0.78-2.5μm和2.5-16μm波段的红外发射率，且高熵效应利于长效的化学热稳定性。近日，该团队通过理论与实验相结合的方式，进一步阐明了高熵氧化物的微观结构、元素组分、电子分布与红外辐射性能的构效关系，揭示了高熵工程对材料红外辐射性能提升的内在机制。结果表明，高熵策略产生的轨道杂化可有效增强电子跃迁几率，通过变价金属元素引入大量氧空位，从而减小材料的带隙（图1）。同时，晶格畸变效应降低了晶格振动的对称性。因此，(MnCrFeCoCu)3O4高熵尖晶石氧化物具有优异的近黑体辐射能力。经1300°C退火热处理100h后，材料仍保持单相尖晶石结构，红外辐射衰减率仅为2.1%（图2）。此外，研究人员利用冷喷涂技术将高熵氧化物红外辐射材料沉积在不锈钢基底。该红外辐射涂层具有高的辐射热效率和显著的热稳定性，在0.78-16μm波段红外发射率可达0.943。这种新型高熵红外辐射材料在高温工业热辐射领域颇具应用潜力。相关研究成果以High-Entropy Engineering for Broadband Infrared Radiation为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项（A类）-煤炭清洁燃烧与低碳利用专项、中国科学院洁净能源创新研究院-榆林学院联合基金、兰州化物所“十四五”规划重大突破项目等的支持。图1. 高熵氧化物红外辐射材料宽波段高发射率机理研究图2. 高熵氧化物红外辐射材料宽波段发射率及高温热稳定性评估图3. 高熵氧化物红外辐射材料辐射传热性能验证