河北工业大学科技成果推介（第十一期）

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液晶材料特性测试及其应用技术

成果单位：河北工业大学

项目阶段：其他

技术领域：电子技术

合作方式：双方商定

项目简介：

项目主要涉及两方面技术，液晶材料特性测试技术和液晶非显示应用技术。液晶材料测试技术充分考虑液晶器件结构及其环境对测试结果的影响，通过实验测量与计算机模拟相结合，可以精确测量得到液晶材料的介电常数、弹性常数、折射率、转动粘滞系数，测量精度能够控制在1%以内，相关技术已发表SCI论文10篇以上。液晶非显示应用技术主要包括液晶光强自适应控制系统和液晶微波调制器件，能够自适应的调节环境光强度及环境的温度，同时能够调制宽范围频率下的微波特性，相关技术也已发表SCI论文2篇。

市场前景：

液晶材料特性测试技术可以应用到液晶材料和液晶器件生产厂家，利于液晶新材料的研发及器件生产中液晶材料的调配;液晶光强自适应系统可以应用到实际生产生活中，如温室种植、定影过程及液晶显示等领域;液晶微波调制器件可以应用到实际生产生活、智能天线和微波通信等领域。

实施条件:

需要搭建测试系统，所需设备包括:精密LCR表、计算机、交流信号源、数字示波器、光学导轨、光学

元件等。

知识产权情况:

该成果获得授权发明专利2项，实用新型专利3项。包括:一种液晶扭曲弹性常数的测量方法，专利号:ZL201710879376.8;一种液晶微波调制器件及其调制方法，专利号:ZL20161068923.6;液品光强自适应控制系统，专利号:ZL201320686529.4;液晶动态响应测试系统，专利号:ZL201420406522.7;一种液晶微波调制器件的制作方法，专利号:ZL621288692。

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GaN功率电子器件与集成产业项目

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：电子技术

合作方式：合作兴办新企业

项目简介：

本项目面向中高压领域开展功率电子器件的科学研究，利用TCAD仿真技术开展高效率GaN基功率器件的基础理论研究，并指导高Baliga优值的GaN功率器件的设计与制备。建立GaN功率半导体材料与器件的信息库，并形成一套涵盖各种GaN功率器件物理模型的智能化信息数据库软件系统，助力面向大规模应用的高功率电子器件的设计开发，最终拓展其应用领域并加速大规模产业化的发展进程。基于本项目已为华为、中国电子科技集团、国家电网等国内先进的半导体芯片研发和制造企业提供功率芯片设计方面的技术支持，并与国内TCAD制造企业合作，共同开发国产TCAD芯片设计仿真平台。

市场前景:

以GaN为代表的宽禁带半导体材料在功率电子器件领域用途日益广泛，涵盖5G通信、人工智能、自动驾驶、快充等。根据Yolc的预测，2026年GaN功率市场规模预计可达11亿美元，因此全球范围内的产业领域逐渐呈现了英诺赛科、英飞凌、德州仪器、聚能创心、华润微电子等多家GaN功率心片供应商并存的产业布局。

实施条件:

项目技术达到设定生产规模和产量时需要仿真设计实验室和超净间实验室共计1000平方米;需要功率器件的设计平台、材料生长、工艺制备、器件封装以及相应的表征测试设备,例如自主开发的国产TCAD芯片设计仿真平台，MOCVD、PECVD、磁控溅射和ALD等材料生长等器件制备系统，XRD、SEM等表征测试系统;配有仿真设计工程师和工艺工程师30余名。

知识产权情况:

该成果获得授权发明专利3项，实用新型专利1项。包括:一种具有倾斜侧壁场板的倒梯形栅MOSFET器件结构，专利号:ZL202010282871.2;同时具有SBD和DUVLED结构的集成光电子芯片及其制备方法，专利号:ZL202010750824.6;一种具有P型氧化镍材料的混合式肖特基势垒二极管结构，专利号:ZL202110167937.8;一种PIN二极管器件结构,专利号:ZL201920355052.9。

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反渗透-压力阻尼渗透海水淡化络合强化脱硼机理及耦合系统优化

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：环境保护与资源综合利用

合作方式：合作开发

项目简介：

反渗透(RO)海水淡化水中硼含量超标是制约其作为饮用水的瓶颈之一，项目针对RO和压力阻尼渗透(PRO)的脱硼过程机理及系统优化问题进行研究，(1)利用分子模拟技术研究了海水中微量硼酸分子、硬酸盐离子及其络合物在RO膜中扩散过程，分析电荷和体积效应影响。(2)建立了RO脱硼海水淡化网络系统优化及多目标优化模型，对系统进行成本、能耗热经济学和环境影响分析，与常规设计相比，产水分流设计可节约0.67~6.82%的成本和3.28~7.61%能耗。可降低9.0%的CO2排放量。(3)RO-PRO耦合系统可降低20%的能耗，但预处理、设备投资和维护成本增加使得成本和能耗最高可降低10%以上，回收率也有一定程度的提高。研究成果为反渗透脱硼海水淡化系统优化和中试化提供理论基础和技术参考。

市场前景:

与传统优化方案相比，采用产水分流设计的反渗透脱硼海水淡化系统优化方案可节约0.67~6.82%的成本和3.28~7.61%能耗，苦咸水淡化膜元件需求更少。对反渗透脱硬海水淡化系统的优化进行多目标优化，得到同时考虑成本、能耗、热经济学成本和环境影响的优化方案，为提高系统热力学性能指明改进方向。与传统优化设计方案相比，脱碳海水进料的反渗透脱硼海水淡化系统优化方案，所需的压力容器个数更少，制水成本和能耗最大可降低10%以上，而且仅需要在预处理加入CO2脱除装置，通过改变系统操作条件提高脱硼率。

实施条件:

项目提出的系统优化方案，可针对现有的反渗透海水淡化装置进行改造，所需的压力容器个数更少，制水成本和能耗有较大幅度的下降，回收率也有一定的提高，仅需改变操作条件(回收率、操作压力、pH值等)

可满足不同产水硼浓度要求。

知识产权情况:

该成果获得授权发明专利2项。包括:一种络合强化脱硼的卷式膜元件反渗透海水淡化系统优化方法，专利号:CN112597632A;一种分流部分二级卷式膜元件反渗透海水淡化系统的操作优化方法月，专利号:CN112591852B。

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考虑环境影响的混流效组低温多效海水淡化系统多目标优化

成果单位：河北工业大学

项目阶段：研制

技术领域：环境保护与资源综合利用

合作方式：合作开发

项目简介

建立了单个、多个混流点的混流效组低温多效蒸发海水淡化(LT-MED)数学优化模型，考虑各种热力损失、物性参数随温度和浓度的变化。编制系统优化求解程序，分析了不同工艺流程和参数对系统热力性能的影响，得到最优的系统流程以及TVC最佳引射蒸汽位置。多混流点系统的造水比(GOR)与单混流点系统相比提高了12.1%，比传热面积降低了8.4%;具有TVC的混流效组海水淡化系统流程较无TVC的流程造水比提高了43.77%，比传热面积降低8.07%。建立了低温多效蒸发海水淡化的经济分析模型，成本可低至6.71元/m?。对LT-MED-TVC海水淡化系统的环境影响进行评估建立了多目标优化模型，采用e-约束法和分层序列耦合算法进行求解。与常规优化方案相比，混流效组设计制水成本、吨水CO2排放可降低10.1%、10.54%,GOR增加11.95%。

市场前景:

项目可为热法海水淡化系统优化提供理论基础和技术参考，分析了不同工艺流程和参数对系统热力性能的影响，得到最优的系统流程以及TVC最佳引射蒸汽位置。采用生命周期评估评估系统的环境影响，流程设计可有效降低制水成本、吨水CO2排放量，提高造水比，对于解决我国日益严重的淡水资源缺乏和节能减排具有重要意义。

实施条件:

项目可针对不同的产水规模和进料条件(进料海水温度、盐度、动力蒸汽压力等)，通过系统优化设计得到综合考虑成本、造水比和环境影响的多目标优化方案，也可对现有装置升级改造，通过优化操作条件有效降低成本、能耗和环境影响。

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高镁锂比卤水镁锂分离技术

成果单位：河北工业大学

项目阶段：试生产

技术领域：环境保护与资源综合利用

合作方式：技术转让、许可使用

项目简介:

我国新能源产业发展迅速，锂需求激增。同时，海水、盐湖卤水及油气田开采水等水体含有锂资源，但多具有高镁锂比特点，开发过程能耗高、锂损失量大。海水资源利用与环境保护团队开发基于单价选择性离子交换膜的选择性电渗析(Selectiveelectrodialysis,S-ED)镁锂分离新技术，利用电驱动膜分离实现高镁锂比卤水锂资源的绿色选择性分离提取与浓缩，大大降低了化学药剂的消耗量;同时，对S-ED过程溶液化学性质及关键操作参数影响进行了系统考察，明晰了离子跨膜迁移传输机制，建立了"部分去水化"离子传输概念模型，优化了S-ED提锂过程参数，实现了镁锂的高效低碳化分离，为电渗析提锂技术的应用提供技术支持与理论参考。

市场前景:

该技术可应用于高镁锂比卤水的锂镁分离，在实现镁锂分离的同时可同步实现锂的高效浓缩。因此，该技术在我国西部盐湖高镁锂比锂资源开发方面极具发展前景。膜分离阶段提锂能耗约为3000-5000kWh/tLi.CO3，具有绿色、高效的特点。当前碳酸锂产品市场价约为20-30万元/，具有良好的市场前景和经济效益。

实施条件:

按照1万吨/年的碳酸锂生产规模计算，需要离子交换膜面积为1.5万m2，厂房面积约为350m2，泵的卤水输送量为200m3/h。对于环保和周边环境没有特殊条件要求。

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