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  • 教师姓名: 刘明
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  • 所在单位: 电子科学与工程学院
  • 职务: 西安交通大学电子科学与工程学院院长
  • 职称: 教授
  • 博士生导师: 是

科学研究

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智能磁电材料与器件创新团队秉持“干顶天立地事,做不忘初心人”的奋斗理念,在基础科学研究方面勇攀高峰,在服务国家战略需求方面,解决关键卡脖子问题,实现产业转化。团队长期围绕先进电子材料与器件及集成电路专用芯片等领域关键问题开展研究,研究方向包括磁传感及磁存储材料、芯片及集成电路;磁电纳米材料与先进电子器件;柔性可穿戴磁电氧化物薄膜与器件以及面向生物医学的电磁感应与激励。

宽量程、低功耗TMR检测芯片

针对电网中低压台区智能监测对大电流范围、低功耗磁传感芯片的需求,开发了宽量程(>1000 0e)、低功耗(<100μw)的TMR检测芯片,进而研制了相关大电流模组,并建立了TMR芯片量产线。与国家电网等企业合作,与企业成立联合研究院,在国家重点研发计划“智能传感器”重点专项课题等项目支持下,相关模组已推广应用2万余套。

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零磁滞、抗干扰TMR计量芯片

针对智能电网在复杂电磁环境下对计量芯片高精度、高稳定性需求,突破现有TMR传感器磁滞大、抗干扰能力不足的重大挑战,开发了超低磁滞(<0.3 Oe)、抗强磁干扰( >4000 Oe)的TMR计量芯片,研发了精度优于1‰的电流传感器。同时与相关企业开展合作,共同推动TMR计量芯片取代电表中现有互感器模块,相关产品已试用。

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"感传一体"自供能传感模组

针对智能电网对自供能无线传感模组的需求,团队攻克了传统磁-机-电能量收集器小型化性能急剧下降难题,基于磁-机-电多重耦合优化策略,实现了输出功率密度提高达124%,体现了弱磁场环境中高效捕获能量的独特优势,成功设计了自取能无线传感模组,为物联网设备的可持续微功率供应提供了创新解决方案。相关成果发表在Energy & Environmental Science,IEEE Transactions on Industrial Electronics等国际高水平期刊。

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高频、超高灵敏度低功耗磁电(ME)芯片

针对配电网分布感知对于超高灵敏度磁传感芯片的需求,建立了非线性磁电耦合理论,制备出基于微悬臂梁结构的磁电传感芯片,研制出μA级微弱电流传感模组。团队主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金委重点项目等国家级项目,产品应用于高灵敏度的拓扑网络识别和寻踪检测,并已进行试点应用。

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磁存储材料及集成电路

团队围绕低功耗、超快自旋写入及调控等关键科学问题,开展新型自旋材料和新物理效应研究,并与相关集成电路企业展开深度合作,致力于开发低功耗、快响应、高集成度的MRAM存储器件。团队在磁存储材料与器件领域发表SCI论文60余篇,包括Nat. Commun.,Adv. Mater.等期刊,其中发表在Adv. Funct. Mater.的文章入选Wiley出版社十年10篇优秀论文。


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磁电纳米材料与先进电子器件

团队围绕高导热高强度陶瓷基板研究,先后突破表面改性技术开发了高稳定、抗水解的AlN纳米粉,突破纳米晶强化技术开发了兼具高热导率高抗弯强度的AlN陶瓷基板,突破梯度薄膜技术开发了强结合力的陶瓷覆铜板等产品。发表SCI论文30余篇,申请/授权专利10余项。与企业共建联合研究院,致力于陶瓷基板产业化,解决功率芯片封装领域的关键问题。

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面向5G通讯、功率传输、滤波降噪等电子信息应用领域,围绕新一代高性能磁性材料及器件展开研究。在微波铁氧体方面,形成了适用于C~Ka波段的具有低损耗、高介电、高功率特点的系列化基板产品;在功率软磁方面,形成了适用于射频波段的具有高频低损耗、高导低损耗、宽温低损耗特点的系列化磁心产品。

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柔性可穿戴磁电氧化物薄膜与器件

2019年团队在Science上首次报道自支撑铁电氧化物薄膜“既柔又弹”的力学特性,打破了人们对铁电氧化物硬而脆的传统认知;该工作推动了铁性氧化物作为核心功能材料在柔性电子器件中的应用。Science工作的发表引起了学术界和媒体的广泛关注,并先后被中国科学报、人民网、陕西日报、西安日报等媒体报道,其中中国科学报以“科学家发现铁电薄膜如何既柔又弹”为题,头版报道了该柔性铁电/磁电薄膜的工作。

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利用自支撑铁电氧化物薄膜“既柔又弹”的力学特性,实现了大面积铁电褶皱结构的设计和具有超伸缩特性的铁电弹簧结构的可控制备;并将自支撑氧化物薄膜引入储能薄膜体系,实现了薄膜储能性能的大幅提升。

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面向生物医学的电磁感应与激励

研发了柔性可穿戴/植入的磁传感与磁激励器件,实现了生命活动自源电磁场以及外加电磁场对生物体作用规律的实时监测。制造了良好生物相容性和类人体组织特性的柔性磁敏传感器,实现了基于磁场的人体健康监测。研究成果为临床上对心血管疾病的早期诊断和干预提供了新的方案。已在Adv. Mater. , Adv. Funct. Mater. , ACS Nano等期刊发表论文10余篇,相关成果被国内外媒体多次报道。

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研发了柔性可穿戴/植入的电磁传感系统和实时监测平台,实现了基于无源、无线、小型化的生物传感器对于多种生命体征信号的实时监测和精确检测。制造了高灵敏度、高精度、多模态的近/远场生物医学磁电传感器与激励装置。研究成果为临床上对疾病和伤口的早期诊断、术中监测、术后康复,以及自我健康管理开辟了新的道路。已在Nat. Commun., Sci. Adv., ACS Nano等期刊发表论文10余篇,相关成果被美国国家自然科学基金委、纳米技术与科学网,科学促进会等多家国际媒体与机构报道。

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