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微纳电子系王晓红课题组发文提出摩擦纳米发电

  近日,清华大学微纳电子系王晓红教授课题组与美国佐治亚理工学院王中林教授课题组在《先进能源材料》杂志(Advanced Energy Materials,影响因子:24.88)上线发表了题为“通过电路振荡以实现纳米摩擦发电机的性能提升”(“Boost the Performance of Triboelectric Nanogenerators through Circuit Oscillation”)的合作论文,首次提出一种通过自由电荷极性翻转提升电极等效电荷面密度的电源管理方法,进而突破了长期以来摩擦纳米发电机单周期内最大输出的限制。永磁霍尔电机

  随着物联网与可穿戴设备的普及,如何为这些分布式器件进行持续供能成为当今研究的热点。通过能量收集器来获取自然环境中的能量,进而实现设备的自供电,是近些年来兴起的一类绿色、低成本以及可持续的解决方案。摩擦纳米发电机自2012年被提出以来受到广泛关注,主要因为其在自然环境中能量最为充沛的低频段具有最高的能量收集效率。然而,受限制于摩擦极化电荷面密度、摩擦层本征电容以及匹配阻抗的影响,摩擦纳米发电机的输出仍然不足以满足当前器件的供电需求,这也是其进一步普及与商业化的主要障碍。

  2015年,研究人员类比于热力学中的卡诺循环,提出了摩擦纳米发电机的理论单周期输出极限及其实现方式(Cycles for Maximum Energy Output, CMEO)。此次,微纳电子系王晓红教授课题组与美国佐治亚理工学院王中林教授课题组合作,提出了一种新型电荷分布方式以及外部电路实现方法,通过理论和仿真验证了其对于原CMEO极限的突破,并通过实验进行了验证。研究者指出,此种电源管理方法不仅在任意负载下都能突破原有输出极限,且尤为适用于小型电子设备的低输入阻抗情形。

  王晓红与王中林为该论文共同通讯作者,微纳电子系博士生徐思行与佐治亚理工学院博士后研究员丁文伯、郭恒宇为共同第一作者。长期以来,王晓红研究团队致力于微型能源系统的研究,包括能量转换、能量储存与电源管理等各方面,近年来在这几个方面均取得了突破,相关工作相继发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)、永磁霍尔电机《美国化学学会·纳米》(ACS Nano)、《纳米能源》(Nano Energy)、《微系统与纳米工程》(Microsystems & Nanoengineering)等高水平期刊。该研究成果得到了国家自然科学基金和国家基础研究计划等项目的支持。

  近日,国际半导体产业协会(Semiconductor Equipment and Materials International,简称SEMI)在上海举办主题为“跨界全球、心芯相联”的年度盛会SEMICON CHINA 2019。会上,SEMI向在半导体行业作出重要贡献的企业及个人颁发了“企业成就奖”“SEMI突出贡献奖”和“SEMI中国英才计划特别贡献奖”等奖项。清华大学微纳电子系系主任魏少军教授获颁“SEMI突出贡献奖”。

  3月20日,清华大学微纳电子系王晓红课题组旨在新一期《纳米能源》杂志上发表题为《具有电路集成性的高频微型超级电容器及其滤波/振荡电路应用》(“Circuit-integratable High-frequency Micro Supercapacitors with Filter/Oscillator Demonstrations”)的封面文章。首次研制出工作频率突破百赫兹,同时具有高电容密度和电路可集成性的高频微型超级电容器。

  10月17日,清华大学微纳电子系任天令教授团队在《自然通讯》上发表题为上发表了题为《面向机器学习应用的马尔科夫链算法单器件集成》的研究论文。该工作突破性地实现了马尔科夫链算法集成到单个纳米尺度器件,为机器学习应用大幅降低硬件开销。

  6月2-6日,第45届国际计算机体系结构大会在美国洛杉矶召开。清华大学微纳电子系博士生涂锋斌在会上做了题为《RANA:考虑增强动态随机存取存储器刷新优化的神经网络加速框架》(RANA: Towards Efficient Neural Acceleration with Refresh-Optimized Embedded DRAM)的专题报告。该项研究成果大幅提升了人工智能计算芯片的能量效率。

  1月29日,清华大学微电子系任天令教授团队在《美国化学学会`纳米》(ACS Nano)上发表了题为《仿生针刺随机分布结构的高灵敏度和宽线性范围石墨烯压力传感器的研究成果,由人体皮肤感知微结构出发提出相似的仿生结构,通过微结构和分布模式的结合解决了灵敏度和线性范围之间的矛盾,为力学器件性能的综合提升提供了一种全新的思路。

  12月4日,清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会?纳米上发表了题为《面向神经计算应用基于机械剥离二维钙钛矿材料的极低工作电流阻变存储器的研究论文,实现了阻变存储器在10 pA极低工作电流下工作,其功耗仅为28 pW,远低于传统阻变存储器mW~nW量级的功耗。该器件的仿生突触能耗仅为400 fJ/spike,已经非常接近人脑~1-100 fJ/spike的超低能耗,此项成果对于极低功耗的仿生神经计算具有重要意义。

  12月2-6日,第63届国际电子器件大会在美国加州旧金山举行,清华微纳电子系副教授吴华强应邀作特邀报告,报告题目是“基于忆阻器的类脑计算的器件和电路优化。国际电子器件大会是微电子领域的顶级会议,与国际固态半导体电路大会 (ISSCC)并称微电子技术领域的“奥林匹克盛会”。今年的国际电子器件大会吸引了来自全球各地1900多人参加。

  10月2日,全球最大的半导体设备公司之一,泛林集团 (Lam Research)在美国硅谷举办以“共同探索”为主题的首届“伯克利-麻省理工-斯坦福-清华”半导体技术研讨会。

  清华微纳电子系任天令教授团队2015级硕士研究生王嘉斌荣获2017年电气和电子工程师协会硕士生奖。电气和电子工程师协会 电子器件学会(Electron Devices Society, EDS)是国际电子器件技术领域最重要的学术组织,每年在全球范围内遴选2至3位做出突出贡献的硕士研究生授予学会硕士生奖,表彰和鼓励全球范围内在电子器件研究领取得重要进展的硕士生。

  8月11日,清华大学微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会·纳米》(ACS Nano)上发表了题为《用于动作探测的石墨烯纸基压力传感器》(“Graphene-Paper Pressure Sensor for Detecting Human Motions”)的研究论文,永磁霍尔电机实现了石墨烯纸压力传感器灵敏度的进一步提升。对于柔性智能可穿戴传感器的发展具有重大意义

  7月25日,清华大学微纳电子系可重构计算团队设计的可重构混合神经网络计算芯片(代号Thinker)在台北举办的2017国际低功耗电子学与设计会议(2017 ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design,简称ISLPED会议)上获得设计竞赛奖(Design Contest Award)。Thinker芯片第一完成人微纳电子系副教授尹首一和微纳电子系微电子与固体电子专业2013级博士生涂锋斌在会上详细介绍了该团队人工智能芯片的高能效设计技术。这是中国大陆单位首次以第一完成单位获得此奖项。

  6月6日,清华大学微纳电子系魏少军教授团队在日本京都举办的2017超大规模集成电路国际研讨会发表了题为“面向深度学习的高能效(1.06-5.09TOPS/W)可重构混合神经网络处理器”的学术论文。第一作者尹首一副教授在会上详细介绍了该团队在人工智能芯片领域取得的重大进展。

  近日,清华大学微电子所王晓红课题组在《美国化学学会·纳米》(ACS Nano,影响因子:13.33)在线发表了《通过β晶向自调控实现具有超高压电性的聚合物纳米纤维》(Ultrahigh Piezoelectric Polymeric Nanofibers via Self-Orientation of β-Phase Nanocrystals)研究论文,揭示了压电聚合物纳米纤维的压电晶相在氧化石墨烯片层的包裹下形成芯-壳结构的同时进行自我调控过程。

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