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贊！福州大學(xué)師生多項(xiàng)學(xué)術(shù)成果頂刊發(fā)表
春臨大地 新程壯闊
龍年開新局
福大師生吹響奮進(jìn)號(hào)角
攻堅(jiān)克難 銳意進(jìn)取
在多個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域取得新進(jìn)展
多項(xiàng)學(xué)術(shù)成果在各領(lǐng)域頂刊發(fā)表
一起來看
福大近期學(xué)術(shù)成果！
物信學(xué)院魏榕山教授課題組在集成電路領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊《IEEE固態(tài)電路學(xué)報(bào)》（IEEE Journal of Solid-State Circuits，簡稱JSSC）在線發(fā)表了題為“An Energy-Efficient Discrete-Time Delta-Sigma Modulator With Dynamic-Range Enhancement and Tri-Level CDAC”的研究論文，福州大學(xué)博士研究生魏聰為該篇論文的第一作者，魏榕山教授為唯一通訊作者，福州大學(xué)為第一署名單位和唯一通訊單位。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）作為真實(shí)物理世界和數(shù)字世界之間的橋梁，一直以來在信號(hào)鏈應(yīng)用領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色。隨著近年來物聯(lián)網(wǎng)和智能傳感器的蓬勃發(fā)展，高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器更受關(guān)注。傳感器應(yīng)用下的模數(shù)轉(zhuǎn)換器一直朝著更高動(dòng)態(tài)范圍（DR）、更高能效的方向發(fā)展，然而在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路下功耗的降低必然帶來性能的損失，所以探索如何在保持精度的同時(shí)降低電路的功耗具有十分重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
魏榕山教授課題組與浙江大學(xué)譚志超研究員課題組合作，從系統(tǒng)架構(gòu)方面入手，提出了一款基于動(dòng)態(tài)范圍增強(qiáng)（DRE）技術(shù)和三電平CDAC的高能效Delta-SigmaADC，在功耗僅為2.3μW的情況下實(shí)現(xiàn)了94.7dB高動(dòng)態(tài)范圍。所提出的DRE技術(shù)支持ADC系統(tǒng)在不同輸入幅度下自動(dòng)獲取最大收益。在小輸入幅度下，系統(tǒng)配置為高環(huán)路增益模式，以提供更強(qiáng)的噪聲整形能力；在大輸入幅度下，系統(tǒng)配置為最大穩(wěn)定幅度模式，增強(qiáng)系統(tǒng)在大輸入幅度下的穩(wěn)定性。該ADC在180nm CMOS工藝下進(jìn)行流片與測試驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了179.5 dB的DR FoM。在700Hz帶寬內(nèi)，ADC的DR增加2.1dB。此項(xiàng)工作對(duì)高能效模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究與分析，在系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化中探索最優(yōu)解，所提出的技術(shù)在新型智能物聯(lián)網(wǎng)信號(hào)鏈中具有普遍的應(yīng)用前景。
物理與信息工程學(xué)院研究論文“基于液態(tài)金屬等離激元非線性的多合一、全光邏輯門”（All-in-one, all-optical logic gates using liquid metal plasmon nonlinearity)在國際知名期刊Nature Communications（自然·通信）上在線發(fā)表。該論文以福州大學(xué)為第一完成單位，物信學(xué)院物理系徐金龍博士為第一作者，南京大學(xué)張弛博士、南京工業(yè)大學(xué)王雨淋副教授為共同一作。南京大學(xué)周林教授、謝臻達(dá)教授、胡小鵬教授為共同通信作者。
該研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種多功能可重構(gòu)的超寬帶全光邏輯門器件。基于雙光束交叉相位調(diào)制結(jié)構(gòu)中的相位變化關(guān)系，提出了通過動(dòng)態(tài)控制非線性折射率場，對(duì)信號(hào)光非線性相位進(jìn)行可逆調(diào)控的新機(jī)制；并基于對(duì)液態(tài)金屬納米液滴超寬帶等離激元效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了非線性折射率的巨大增強(qiáng)，最終在單一光學(xué)結(jié)構(gòu)上集成了九種基本的布爾邏輯門功能，工作帶寬可覆蓋400-4000nm的可見-中紅外范圍。該研究為高集成、高并行度、大數(shù)據(jù)密度、高速光子芯片的實(shí)現(xiàn)提供了一種可行方案。
數(shù)統(tǒng)學(xué)院程航教授、王美清教授等合作完成的3項(xiàng)重要學(xué)術(shù)研究成果在多媒體和人工智能安全領(lǐng)域相關(guān)國際頂級(jí)期刊上以第一作者、通訊作者、福州大學(xué)第一署名單位發(fā)表/錄用。
成果一
黑盒場景下抗合謀攻擊的
模型安全分發(fā)框架
針對(duì)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型所有權(quán)保護(hù)問題，該成果設(shè)計(jì)了一種基于用戶級(jí)和模型級(jí)的雙重指紋機(jī)制，可提供粗粒度和細(xì)粒度的產(chǎn)權(quán)驗(yàn)證，并實(shí)現(xiàn)黑盒下的所有權(quán)朔源和驗(yàn)證。同時(shí)，基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和前向傳播過程，設(shè)計(jì)了兩種模型等價(jià)變換算法，可確保在不影響目標(biāo)模型性能的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)合謀攻擊的主動(dòng)防御，即嚴(yán)重破壞合謀后模型的性能，使其無法正常使用，從根本上抵御合謀攻擊。此外，通過設(shè)計(jì)一個(gè)相似性損失項(xiàng)來抵御針對(duì)等價(jià)變換算法的逆向攻擊，進(jìn)一步提高所提等價(jià)變換算法的安全性。
成果二
輕量級(jí)隱私保護(hù)
外包腦電信號(hào)特征提取框架
針對(duì)外包腦電（腦電）信號(hào)的特征提取可能會(huì)導(dǎo)致的隱私信息泄露問題，該成果提出一套高效的隱私保護(hù)外包腦電信號(hào)特征提取方案。具體來說，該成果使用安全多方計(jì)算技術(shù)構(gòu)建了多個(gè)安全外包計(jì)算協(xié)議以實(shí)現(xiàn)高效且安全的密文域計(jì)算。然后，提出了基于任務(wù)相關(guān)成分分析的安全空間濾波技術(shù)，用于提高加密腦電信號(hào)的信噪比，以便增強(qiáng)后期提取出的腦電信號(hào)特征的有效性。此外，設(shè)計(jì)了一種基于Pearson相關(guān)系數(shù)的安全特征提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效的外包加密腦電信號(hào)的特征提取。
成果三
基于可逆神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的
圖像超分辨率隱寫方法
針對(duì)無損圖像隱寫問題，該成果提出了一種基于可逆神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像超分辨率隱寫方法，該方法在可逆神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出端生成像素?cái)?shù)量等于載體圖像和秘密圖像之和的高分辨率含密圖像，從而避免了額外噪聲的產(chǎn)生，在提取階段實(shí)現(xiàn)了秘密信息的無損恢復(fù)。此外，該成果還引入了一種映射模塊，利用標(biāo)準(zhǔn)化流對(duì)秘密信息進(jìn)行編碼，將差異較大的不同秘密圖像映射為同分布的高斯噪聲，以提高含密圖像的質(zhì)量及其抗檢測能力。該成果所提出的無損圖像隱寫方法為隱寫術(shù)在隱蔽通信中的應(yīng)用提供了更廣闊的空間，接收方完全可以獲取發(fā)送方所隱藏的信息。
數(shù)統(tǒng)學(xué)院郭龍坤教授及其課題組在PCB等長繞線方面的研究成果被集成電路領(lǐng)域國際頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC, CCF A類)錄用。該研究成果成功突破了傳統(tǒng)等長繞線技術(shù)的限制，尤其是在處理任意角度導(dǎo)線時(shí)面臨的新挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)通過解耦面積分配與繞線過程，設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于線性規(guī)劃對(duì)偶理論的兩階段等長繞線算法。該算法與現(xiàn)有商業(yè)軟件如Allegro相比，不僅滿足了工業(yè)界的嚴(yán)格要求，還實(shí)現(xiàn)了更小的等長誤差和更高的布線成功率。
據(jù)悉，ACM/IEEE DAC會(huì)議是集成電路芯片設(shè)計(jì)與輔助工具研究領(lǐng)域的國際頂尖會(huì)議，至今已有61年歷史。2024年的DAC會(huì)議定于6月23日至27日在美國加利福尼亞州舊金山的Moscone West會(huì)展中心舉行。此外，郭龍坤教授課題組此前關(guān)于約束聚類近似算法的研究成果已被人工智能領(lǐng)域國際頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議(AAAI, CCF A類)錄用并發(fā)表。
材料科學(xué)與工程學(xué)院、新能源材料與工程研究院在電解水析氧催化劑研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Ni and Co Active Site Transition and Competition in Fluorine-Doped NiCo(OH)2 LDH Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction”為題發(fā)表于Top期刊《Small》（JCR 1區(qū)，IF=13.3）。
氟摻雜可以改善NiCo LDH電催化劑的氧氣進(jìn)化反應(yīng)（OER）性能。這類催化劑中Ni和Co活性位點(diǎn)的作用仍然存在著模糊和爭議。針對(duì)這個(gè)問題，本研究利用分子軌道理論，提出了Ni和Co之間的活性中心競爭機(jī)制。摻雜的F原子可以直接影響金屬原子的價(jià)態(tài)，或通過脫氫間接影響，從而調(diào)節(jié)活性中心。隨著F原子逐漸聚集，Ni和Co的eg軌道從eg2過渡到eg1，然后進(jìn)一步過渡到eg0。相應(yīng)的價(jià)態(tài)從+2升至+3，然后再到+4，表明催化性能首先增加，然后逐漸降低。此外，合成了一系列F-NiCo LDH催化劑，以驗(yàn)證eg軌道占據(jù)分析，當(dāng)電流密度為10 mA cm-2時(shí)，催化OER過電勢分別為303、243、240和246 mV，與理論預(yù)測相符合。這項(xiàng)研究不僅提供了關(guān)于F-NiCo LDH催化劑中Ni和Co的過渡和競爭的新的機(jī)理洞見，而且為高性能催化劑的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
材料學(xué)院材料表界面研究所陳孔發(fā)教授課題組在固體氧化物燃料電池（SOFC）領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果以“Heterogeneous Catalyst Coating for Boosting the Activity and Chromium Tolerance of Cathodes for Solid Oxide Fuel Cells” 為題發(fā)表于材料類頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》（2023年影響因子為19.0，JCR分區(qū)Q1）。
該論文報(bào)道了一種異質(zhì)催化劑涂層修飾的SOFC陰極， 通過界面工程策略調(diào)控材料表面的應(yīng)力和氧空位缺陷，提升陰極的電化學(xué)催化活性、抑制鍶離子的表面析出及增強(qiáng)抗鉻中毒能力，為設(shè)計(jì)和開發(fā)高活性抗鉻陰極提供了新的思路。
材料科學(xué)與工程學(xué)院、新能源材料與工程研究院萬宇馳副教授在電催化C-N耦合領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果以"Fundamentals and rational design of heterogeneous C-N coupling electrocatalysts for urea synthesis at ambient conditions"為題發(fā)表于材料類頂級(jí)期刊《Advanced Energy Materials》（影響因子27.8，中科院一區(qū)）。
該研究從催化劑設(shè)計(jì)、機(jī)理分析、實(shí)驗(yàn)方法等方面進(jìn)行綜述，致力于深入解析構(gòu)效關(guān)系，建立標(biāo)準(zhǔn)研究體系。文章首先系統(tǒng)介紹了CO2和不同含N反應(yīng)物耦合的尿素合成路徑與反應(yīng)機(jī)理；詳細(xì)梳理了電催化C-N的基礎(chǔ)研究方法，建立了標(biāo)準(zhǔn)研究系統(tǒng)與性能評(píng)價(jià)體系；深入探討了不同催化劑設(shè)計(jì)策略對(duì)材料的表界面特性以及電子結(jié)構(gòu)的影響，總結(jié)了催化材料調(diào)控對(duì)電催化C-N耦合選擇性的提升機(jī)制；文章總結(jié)了目前該領(lǐng)域存在的挑戰(zhàn)，并展望了未來電催化C-N耦合的研究方向。
環(huán)境與安全工程學(xué)院王前鋒教授課題組在地球科學(xué)學(xué)科氣象與大氣科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《npj-氣候與大氣科學(xué)》(npj Climate and Atmospheric Science)在線發(fā)表了最新研究成果《21世紀(jì)氣候變化對(duì)中國干旱的影響：基于CMIP6的多模式評(píng)估》(Understanding Climate Change Impacts on Drought in China over the 21st century: A Multi-Model Assessment from CMIP6)。該成果以福州大學(xué)為第一署名單位，福州大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院在讀研究生許鳳及中國水利水電科學(xué)研究院屈艷萍正高級(jí)工程師為第一作者，環(huán)安學(xué)院王前鋒教授為通訊作者，本成果與里斯本大學(xué)、中山大學(xué)、河南大學(xué)、南京信息工程大學(xué)及馬里蘭大學(xué)等多家國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)共同合作完成。
該研究利用參與跨部門影響模型比對(duì)項(xiàng)目的五個(gè)全球氣候模型(GCMs)，在三個(gè)共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑(SSP1-2.6、SSP3-7.0和SSP5-8.5)下的模擬結(jié)果，采用團(tuán)隊(duì)提出的日標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)(SPEI)，分析未來3個(gè)時(shí)期中國大陸干旱的嚴(yán)重程度、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻率。對(duì)比觀測資料，對(duì)GCMs模擬結(jié)果的評(píng)估表明，GCMs在捕捉中國歷史氣候變化方面是有效的。文中指出，本世紀(jì)中期和后期(2040-2070年，2071-2100年)高排放情景下CO2濃度的快速增加會(huì)通過調(diào)節(jié)葉片氣孔和冠層結(jié)構(gòu)對(duì)植被行為產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，這種調(diào)節(jié)減緩了潛在蒸散量的增加，從而減輕了中國未來干旱發(fā)生急劇上升的態(tài)勢。該發(fā)現(xiàn)為決策者和利益相關(guān)者制定緩解和適應(yīng)中國未來干旱條件的戰(zhàn)略和措施提供了有價(jià)值的參考。
