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1 高性能热电能量转换材料与器件 - 摘要

热电转换作为一种新兴的清洁能源技术，利用半导体材料直接将热能与电能进行相互转换，不仅可以提高能量的使用效率、降低石化能源的消费比重，而且可以减少二氧化碳的排放，达到保护环境的目的，相关研究在国际上吸引了广泛关注。有效地提高热电材料性能并获得高效热电器件已成为热电转换技术工业应用的关键。而这需要国内外科研机构的通力合作解决从材料到器件的一系列关键问题。美国橡树岭国家实验室和加州理工大学具有多年热电材料研究经验，在原子分子层次上的理论研究、高品质热电材料的设计与制备、材料微观尺度上的精细表征以及宏观物理性能的精确测量等方面作出了一系列原创性成果，整体水平世界领先；该项目的研究涉及新能源材料与技术，有望为汽车尾气废热、工业余废热的高效利用发挥不可替代的作用，符合国家战略需求。新型高性能热电材料与器件的合作研究，从原子分子层次、纳米微米尺度、以及宏观尺度上研究材料的微观结构对热电性能的影响；深刻理解材料中局域晶体结构/电子结构/振动特性变化与电热输运性能之间关系及其规律性；理解热电材料中电热协同输运的微观机制和基本规律，开展新型热电化合物与复合材料的微观结构设计与制备，获得新型高性能热电材料。以研究的新材料为基础，开发出高能量转换效率的热电器件与系统，并研究材料与器件的长期工作稳定性、机械性能、界面等对热电器件性能的影响，获得高效热电器件，并初步形成热电器件批量制备能力。
1900120036 上海 TN37 应用技术工程和技术研究与试验发展、电子器件制造

2 半导体复合量子结构的量子输运机理与量子器件研究 - 摘要

该项目围绕“量子调控与量子信息”专项指南“量子结构及量子效应器件”提出“半导体复合量子结构的量子输运机理及量子器件研究”，聚焦半导体固态量子结构的量子晶体管和光量子器件研究，围绕关键科学问题：低维与三维耦合半导体复合量子结构中载流子在光电磁微波场下的量子输运及操控；光电转换与效率优化；准粒子态与光子电子关联量子态的精密表征，突破理论设计、材料制备和器件研制关键难题，建立量子态精密表征测量先进平台，实现固态量子晶体管和光量子器件功能演示。研究复合量子结构的输运理论和亚10,nm精度制备技术。输运量子态多场调控效应与量子晶体管。集成量子结构制备基量子光源器件。关联量子态相干精密测试与光量子计算演示。
1900120025 北京 TN201 应用技术工程和技术研究与试验发展、电子器件制造

3 有机小分子半导体生长及光电性能原位实时测量表征之集成系统 - 摘要

有机小分子半导体器件制作过程分为薄膜和器件制作及表征两个方面。真空沉积是其常用的薄膜制备技术。所谓真空沉积，是将分子材料安装在容器中，通过加热使分子源材料温度高于其升华点或蒸发点，进而使分子脱离容器并定向喷射向衬底表面并形成薄膜的过程。该项目创新在于开发新型核心部件即任意安装角度蒸发源和超长工作距离显微镜，在此基础上系统集成真空沉积系统，研制集原位形貌、光学和电学实时测量于一体的设备，解决有机小分子半导体薄膜沉积与表征在环境、时间和区域上分离的难题，实现真空内功能薄膜沉积、表征与器件制作的工作站。为了实现与其他检测设备集成的空间问题，该项目采用全新的真空沉积结构，即将样品台置于蒸发源下方。但是，所有的商业化蒸发源的蒸发口都必须朝上，否则，所蒸发材料以及坩埚将从蒸发源中掉出。因此开发任意安装角度蒸发源是本项目的基础之一。考虑到有机材料对环境的敏感性，该项目我们选择光学的技术来实现实时原位监测薄膜生长过程。为了实现沉积的原位监测，该项目解决了光学显微镜分辨率和工作距离不能兼顾的难题，自主开发了1微米分辨率和10厘米工作距离的显微镜，安装于真空腔观察窗外部。此设计还可以配合移动样品台对微结构的微区光学性质进行测量以及整个样品的光学性能进行大面积绘图测试。该研制系统最后将把蒸发源控温系统、样品台的三维移动操作、形貌观察、电学测量以及光学测量通过自主开发的软件集成在一台电脑上。软件将通过多窗口显示的方式同时显示各种信号，达到即时对比的要求。
1900120016 江苏 TN304.055 应用技术工程和技术研究与试验发展、电子器件制造

4 2-4μm室温连续激光器及中远红外探测器研究 - 摘要

为开发典型环保、工业气体的有源红外传感技术，本课题开展中红外半导体激光器和中远红外光探测器的研究和开发，研制2～4,μm室温连续及可调谐半导体激光器与2～5/5～12,μm光探测器，为高端气体传感系统提供高性能的核心光电器件，助推有源气体传感系统在环境监测、工业安全等领域的示范应用。针对实现高性能InP基2,μm波段分布式反馈（DFB）量子阱激光器发展所面临的关键科学和技术问题，重点开展高性能DFB量子阱激光器新型结构设计与外延生长、器件工艺开发和性能测试分析，研究材料性能、器件结构以及器件制备工艺对器件输出特性的影响。针对2.8,μm半导体激光器结构设计、高效电光转换机制、微纳半导体光子器件中模式光场变换、耦合调控等关键科学技术问题，研究锑化物分子束外延（MBE）生长中高In组分InGaAsSb量子阱材料的应力调控问题及As/Sb结合率的控制问题，通过应力和组分调控材料发光波长和提升发光性质；研究锑化物DFB激光器金属光栅和光场之间的耦合问题，通过建模计算金属光栅的光反馈和光损耗特性，并通过实验结果验证理论模型。针对3.3～4,μm半导体量子级联激光器（QCL）量子化输出过程和电光转化的关联规律等关键科学问题，研究级联结构材料的能带工程设计，以提高电光转换效率为目标，利用遗传算法对量子级联激光器有源区结构进行优化设计；研究InP基大失配InGaAs/InAlAs材料体系的应变补偿，通过在MBE中精确控制层厚、组分、掺杂浓度等，生长出数百层纳米级超薄层的高质量有源区材料。针对中远红外探测器的结构设计、材料生长、器件制备中的关键技术，研究新型量子结构对探测器暗电流的抑制、微纳光学结构提高量子效率的方法；研究表面活性剂相关的外延生长机制、缺陷与光电性能的内在联系，生长高质量超晶格外延材料；研究和开发表面精确钝化工艺，制备高性能锑化物II类超晶格探测器芯片。
1900120029 四川 TN215、TN248 应用技术光学仪器及眼镜制造

5 安全视频水印关键技术及其在广播监视技术中的应用 - 摘要

电视网络中遍布着许多有价值的产品，如那些被路透社和美联社卖掉的新闻其价值甚至超过十万美元。整个电视市场价值数十亿美元，很容易出现侵犯知识产权的行为。因此，需要建立一个广播监视系统，以监听所有的广播渠道。而且，它还应该有一个基于可信任第三方的详细的协议做后盾。这将有助于作品版权所有者的所有物不会被侵权电台非法转播，并且有助于每一个广告客户确认是否占有全部从广播公司购买的广告时段。在一个完善的广播监视系统中应用水印技术，不仅需要性能良好的水印算法，而且也要依赖管理，依赖技术的实现协议。在河南省科技攻关计划支持下，团队历时2年联合攻关，系统地解决了安全视频水印的关键技术以及其在广播监视技术中的应用难题，实现了广播电视市场的重要突破。主要创新点如下： 1.一个安全的应用数字水印技术的广播监视系统应该能够经受住主动攻击的干扰，应满足以下方面：提出的协议对广播电视台和广告商双方都是安全和公平的；提出的协议能够抵御重放攻击，原因在于该协议在消息中添加了时间戳/随机数；为了防止歧义攻击，并且提高广告的播放质量，提出的水印协议不允许嵌入一个以上的水印。而且整个水印的生成和嵌入都是在加密域完成的，这样广告商、广播电视台、监视服务商和水印认证权威机构无一方可获知水印，消费者的权利问题得到了解决，整个交易的安全性也得到了保证；在仲裁阶段不需要广告客户和广播电台的参与，保证了交易双方的公平性和安全性。 2.项目提出的基于安全水印嵌入的适用于广播监视的视频水印协议具有如下良好性能：该协议不仅能够对广告片段进行认证，也能够对广告中的水印进行认证，这种双重认证可以防止广告客户或广播电台的欺诈行为；提出的协议用数字签名绑定水印或者一次特殊的交易，它能够防止广播电台提取水印并把它嵌入到一个价值更高的广告中以获取更高的利润，因此解决了非绑定问题；协议中避免了双水印的嵌入，从而确保了广告的播放质量；在部分加密的安全水印嵌入技术的基础上，提出的水印协议更适合广播监视环境。它不需要用同态公钥密码技术对整个广告进行加密，从而节约了计算与带宽的开销。 3.针对视频哈希中的单向性、唯一性以及鲁棒性等问题，对项目前期提出的的视频哈希方案进行数学建模，利用密码学中的无条件安全性，证明该哈希算法具有单向性。建立一个参考的哈希序列，并计算参考哈希序列与所求哈希序列的汉明距离的概率密度，以此证明算法的唯一性。针对视频哈希技术中的安全性定量分析问题，首先对视频哈希算法的特征提取方式进行数学建模，然后根据攻击者可以得到的信息内容将视频哈希的攻击分为已知视频哈希值攻击和选择视频哈希值攻击。针对这两种攻击，分别用香农的唯一解距离测量鲁棒视频哈希方案的安全级别，定量分析该方案的安全性。项目提出的适用于广播监视的水印算法以及视频水印协议如果结合起来使用，足以能够同时监测多家电台。发表核心及以上论文20篇，其中SCI/EI收录11篇，出版专著1部，完成省部级以上相关项目5项，经鉴定达到国内领先水平。项目成果已广泛应用于河南森创电子科技有限公司、许昌源美网络科技有限公司的产品安全和知识产权的保护中。有助于提升客户以及客户群体对公司产品和服务的认知度，加强了客户群体的品牌认同感，全面提升了作为一个优秀企业的所具有的良好的社会责任，取得良好的社会效益。
1900110614 河南 TN918.2 应用技术工程和技术研究与试验发展

6 高质量量子点发光材料与高品质QLED的设计与构筑 - 摘要

该项目成果属于纳米科学与技术基础与应用研究成果。荧光量子点具有适于溶液法制备、光谱可调、发光效率高等突出特点，在照明显示领域极具应用前景。基于荧光量子点的电致发光器件(QLED)具有光谱覆盖范围更宽、色纯度更高、能耗更低等优势。应用于智能手机、大尺寸显示屏和照明等领域时能够显著提高LED的品质，弥补现有技术在面光源照明和高品质显示中的不足，成为重要的前沿显示与照明技术。项目组在高质量荧光量子点的设计合成及QLED构筑等方面有近10年的学术积累。实现了量子产率大于90%的可见-近红外荧光量子点材料的可控制备，是国际上率先报道可控构筑荧光非闪烁蓝色量子点体系的项目组。基于高质量的量子点体系实现了高品质可见-近红外QLED构筑，主要包括：蓝色QLED的外量子效率国际上率先突破10%；绿色QLED寿命和蓝色QLED亮度纪录的保持者；实现了红色QLED外量子效率大于10%且寿命大于5万小时；深红-近红外QLED外量子效率大于5%，是深红-近红外最高效率的保持者。在QLED领域形成了鲜明的国际特色，引领了该领域的发展。主要科学发现点如下： 1.建立了量子产率大于90%的高质量量子点“低温成核，高温生长壳层”合成体系。国际上率先通过壳层界面高温调控在深蓝色-可见区域实现量子产率大于90%，且荧光非闪烁的核壳结构量子点合成。 2.发展了蓝光QLED界面修饰技术，阐明了界面调控对提高蓝光QLED效率和亮度的物理机制。国际上首次构筑了外量子效率大于10%的蓝色QLED原型器件。在蓝色QLED发光亮度、效率和寿命方面一直保持国际最高纪录。 3.揭示了核壳结构量子点壳层厚度与QLED器件传输层界面间的能级适配关系，构筑了高稳定的三基色QLED器件，通过核壳结构量子点界面、发光层/传输层界面调控构筑了高性能深红-近红外QLED。 4.建立了量子产率70%以上的低Cd/非Cd体系量子点“一锅煮”批量制备和原位配体交换技术，阐明了其温度依赖的生长机理，研究了其温度依赖的发光性质，创造了低Cd/非Cd体系蓝色QLED原型器件光电性能的新纪录。该项目先后承担完成国家自然科学基金1项、河南省教育厅高校科技创新人才基金1项。8篇代表作包括Adv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Laser Photonics Rev.、Nanoscale等在内的二区以上论文7篇。研究成果多次被Chem. Soc. Rev.、Chem. Rev.、Nat. Photonics等期刊进行正面引用评述，8篇代表性论文SCI他引次数合计261次。
1900110597 河南 TN383.1 应用技术电子器件制造

7 大规模数据智能处理关键技术及产业应用 - 摘要

大数据已成为国家基础性战略资源。日益增长的行业大规模数据在全球范围内带来了重大的发展机遇和挑战。大规模数据智能处理技术主要涉及大规模数据的存储、传输、处理和服务，为大数据产业应用提供基础技术支撑。立足于国家战略性新兴产业发展规划及行业重大应用需求，2010年起河南大学和中兴通讯股份有限公司开始就“面向大数据应用的关键技术研发”课题开展合作，着眼于大规模数据的存储架构、可靠性、性能和服务等关键环节，研制了“大（大规模）、稳（高可靠）、快（高性能）、智（智服务）”的技术平台，克服了大数据产业应用中规模受限、安全隐患、性能瓶颈、信息孤岛等问题，能够高效地将数据转换为知识，实现产业应用中的数据增值。该项目主要科技创新如下：（1）构建大规模数据混合存储架构：为了克服大规模数据存储中存储容量、性能及扩展受限等难题，设计了基于形式概念的文件系统目录结构组织方法，提出了多介质混合存储策略和混合存储架构中资源实时感知及自适应伸缩方法,构建了大规模数据混合存储架构。该架构满足了大容量数据存储的需要，提高了文件访问和数据读写效率，降低了存储配置成本，保证了伸缩性和一致性。（2）搭建大规模数据可靠服务保证体系。为保证大规模应用中数据安全可靠，围绕大规模数据的传输可靠性、备份和恢复、一致性校验和修复等环节，基于所提出的可靠网络数据传输方法、分布式可靠数据保护方法、保持数据一致性的校验与修复方法，搭建大规模数据服务可靠性保证体系。（3）提出大规模数据处理的服务性能提升策略。为了更好地满足大规模数据处理的实时性需求，解决负载均衡问题，降低数据存取、传输的时延，提出了一套包含多核并行计算、服务节点选择、分布式缓存及队列的方法和策略，有效提升了大规模数据处理的服务性能。（4）实现多种优化的数据服务智能方法。为了更好地实现从数据到知识的转换，满足语音识别、数据流和在线用户行为分析、遥感图像目标识别等大规模数据场景的应用需求，实现了多种优化的数据服务智能方法，主要有不均衡数据流分类算法、大规模数据识别算法和目标识别的类脑计算模型，提高了复杂目标的识别效率和准确率。在包括IEEE ACCESS、INFROMATION SCIENCES、JCAM等国际顶级会议、期刊和国内核心期刊上发表代表性论文124篇(其中SCI收录43篇、EI收录81篇)，研究工作受到来自美国、英国等多个国家和地区知名学者的高度关注和积极评价。申请国家发明专利近100项（46项获授权），并获得第十七届中国专利优秀奖，获批国家计算机软件著作权4项。研究成果应用于大数据、电信业务、智慧城市、视频安防、遥感应用等场景，覆盖中国、法国、英国、西班牙、日本等30多个国家的110多家单位，为客户解决了数据处理的大规模、高可靠、高性能、智服务等难题，提升了业务支撑能力和用户体验。近三年新增销售额超42.9亿元，新增利润近5.7亿元。项目成果在国内外得到应用，促进了中国大规模数据智能处理关键技术的自主创新和产业发展，获得了显著的经济和社会效益。
1900110595 河南 TN919.6 应用技术通信设备制造

8 北斗卫星多普勒频移测量关键技术及应用 - 摘要

该项目属于导航定位技术领域的卫星多普勒频移测量方向，应用于卫星导航装备、运动辐射源定位、多普勒测速测距、时间频率计量、通信、雷达、电网、高速、铁路、桥梁、船闸、煤矿以及自然灾害监测等多个领域及行业。传统的卫星多普勒频移技术存在测量时间长、精度差、成本高、见效慢等问题，而卫星多普勒频移测量设备价格昂贵，且高精度相位比对技术受限于频率的归一化处理，引入了附加噪声，增加了使用成本。该项目创造性地开发了自适应频率跟踪技术、差分相位同步检测技术、高精度频标比对技术、多普勒频移时间同步等多项关键技术及核心设备，形成了高分辨率时频多参数测量体系，实现了分米级到毫米级多行业定位服务能力，促进了卫星定位技术的广泛应用和可持续发展。该项目取得的创新性成果如下： 1、创新开发了自适应频率跟踪技术，解决了异频相位处理中复杂频率关系和大频率差异关系下的相位比对问题，有效抑制了噪声和干扰；创新开发了北斗卫星多普勒频移测量核心设备，实现了复杂空地背景下运动辐射源及运动目标的高精度定位，定位系统频率稳定度达2E-14/s量级以上，定位精度提高了42%，定位设备成本降低了85%。 2、创新开发了差分相位同步检测技术，有效解决了系统检测器件的不一致性和不匹配性所带来的硬件误差，提高了测量精度；创新开发了用于双基地雷达的高精度时频同步检测技术，提高了时间间隔测量的分辨率，使频率同步精度优于2Hz，时间同步精度达1.5ps以上。 3、创建了基于异频群量子化处理的高分辨率时频多参数测量体系，有效解决了传统时频设备功耗大、成本高、稳定性低等问题；创新开发了基于异频相位处理的高精度频标比对技术，实现了传统原子频标系统的升级和改造，使原子频标的频率调节和控制能力提高了1000倍。该项目共获专利18项，其中授权发明专利13项，实用新型专利5项，软件著作权8项，发表论文34篇，其中SCI收录25篇。获中国电子学会科技进步二等奖1项，中国仪器仪表学会科技进步二等奖1项，河南省教育厅科技成果奖一等奖5项。开发了3款硬件设备和2套软件系统，实现了核心设备国产化，显著降低了应用企业的开发成本。该项目技术及设备已在国内多个省份和多个行业推广应用。近三年新增销售额累计50442.05万元，新增利润累计20176.8万元，取得了显著的社会经济效益。
1900110551 河南 TN967.1 应用技术专用仪器仪表制造

9 超小型无挡板自适应红外成像组件 - 摘要

超小型无挡板自适应红外成像组件属于红外技术及仪器，可以用于解决复杂的强电磁环境下目标的观测问题和夜间或能见度较低情况下现有侦察装备对目标观察能力不足的问题，还可以设计成测温系统或成像系统，广泛应用于城市安防、公安反恐、边防缉私、医疗诊断、农业病虫害的监控、电力设备安全检测、消防搜救、交通监控等民用领域，具有很大的军用价值和民用价值，产生了很大的经济效益。（一）成果样机主要技术内容： 1.采用国产和进口焦平面的可替换设计以及方便更换多种型号的红外镜头，实现不同距离上的目标观察； 2.提出自适应无挡板校正技术、红外图像背景自适应增强算法，有效提升了组件低能见度下观测图像的清晰度和层次感，有助于提高对目标的探测和识别能力； 3.采用改进的数字图像细节增强（DDE）技术，保证了同视场内大动态温差各类目标成像特征的有效显示，满足了不同复杂背景下的使用需求； 4.超小型化、模块化、超低功耗及丰富的用户GUI设计，极大地方便便携式和穿戴式装置的嵌入式升级改造。（二）主要成果形式： 1套超小型无挡板自适应红外成像组件样机及相关的工程化资料。（三）成果样机的质量及院士推荐样机各项指标符合设计要求，通过了《国家红外及工业电热产品质量监督检验中心》的检验。样机与同类著名产品比较，优势明显，具有很大的军事、民用价值，得到了著名工程院院士周丰峻的推荐。（四）应用推广及效益情况：该成果已成功应用于重庆通华医疗器械有限公司、中科院长春光机所、云南北方光电仪器有限公司、郑州三维仪器有限公司等国内前沿的科研院所、知名企业，产生了1000余万元的经济效益。该成果在众多部队单位得到了应用，能够解决复杂的强电磁环境下目标的探测、识别和跟踪问题以及夜间或能见度低情况下对目标探测能力不足的问题，产生了极高的军事效益。（五）知识产权及著作论文情况该成果产生了2项实用新型专利、2项发明专利、5项软件著作权。共发表中文核心期刊以上论文6篇。
1900110501 河南 TN219 应用技术电子器件制造

10 HW-N500KTL型500kW光伏并网逆变器 - 摘要

光伏并网逆变器是光伏电站的重要组成部分，将太阳能电池组件输出的直流电转换为与电网同频、同相的三相交流电。 HW-N500KTL型光伏逆变器将光伏阵列输出的直流电逆变成与电网同频同相的交流电，并具备低电压穿越、孤岛效应保护等功能。500kW光伏并网逆变器采用三相全桥拓扑结构。逆变器直流侧通过熔断器、断路器、滤波器汇总后接三个功率单元完成DC/AC逆变，输出后经LC滤波后，接主辅接触器、EMI滤波器、断路器后接入电网。主要创新点如下： 1）采用正负序解耦方式将电网电压分解为正序有功、负序有功、负序有功和负序无功分量。控制输出电流跟踪正序有功分量。实现了在低电压穿越时电流能够跟踪基波。同时减小了电流中的偶次谐波，改善了电能质量。 2）采用全局跟踪和变采样率相结合的最大功率跟踪方法，实现了光伏组串失配情况下的高效率功率输出。 3）提出了一种新型的无功补偿率算法，将电网电压跌落程度和电压跌落速度同时作为计算光伏逆变器无功补偿率的计算条件，在电网电压不同的跌落程度下分段控制逆变器无功补偿率，提高了光伏逆变器对电网电压的动态响应速度和对电网电压的有效支撑能力。 4）设计了一种IGBT模块和输出铜排电连接结构，实现了IGBT模块与铜排之间低感低应力连接。该项目获授权发明专利3项，授权实用新型2项，核心期刊论文4篇。2016年11月28日，中国船舶重工集团公司动力机电部在北京组织召开成果鉴定会，鉴定该项目成果总体水平达到国际先进。该型产品在2015年通过了中国质量认证中心的产品认证，认证编号V2015CQC024005-227166。该成果已于2012年起规模应用于新疆若羌、尉犁和博湖光伏电站，共装机178台，总容量89MW，在取得良好经济和社会效益的同时，也为进一步降低光伏发电上网电价、推进光伏产业发展做出了支撑和表率。
1900110494 河南 TN713 应用技术电子元件制造

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