醫(yī)工交叉、材料創(chuàng)新、能源革新，合工大科研“多點(diǎn)開(kāi)花”

目錄

1. 醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域取得新進(jìn)展

2. 光電轉(zhuǎn)換器件研究取得新進(jìn)展

3. 雙極直流配電網(wǎng)研究獲系列成果

醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域取得新進(jìn)展

儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉羽教授團(tuán)隊(duì)在組織病理圖像分割研究方向取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“DPFR: Semi-supervised gland segmentation via density perturbation and feature recalibration”為題發(fā)表在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Medical Image Analysis》（IF：11.8）上。

組織病理圖像是癌癥評(píng)估的重要依據(jù)，在結(jié)直腸癌和前列腺癌的診斷中，腺體結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征是腫瘤分級(jí)的重要參考信息，而腺體結(jié)構(gòu)的自動(dòng)分割是獲得這些量化信息的關(guān)鍵基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)完全依賴(lài)人工逐像素標(biāo)注的全監(jiān)督方法相比，半監(jiān)督分割利用少量標(biāo)注樣本和大量未標(biāo)注數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，在保證分割精度的同時(shí)減少對(duì)人工精細(xì)標(biāo)注的依賴(lài)，從而降低標(biāo)注成本并提升大規(guī)模數(shù)據(jù)利用效率。然而，在組織病理圖像中，腺體常呈現(xiàn)形態(tài)多變、相互粘連、邊界不清等特點(diǎn)，且前景與背景紋理相似，導(dǎo)致模型容易出現(xiàn)類(lèi)別混淆與邊界識(shí)別不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響分割精度。

針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了基于密度擾動(dòng)與特征重校準(zhǔn)的半監(jiān)督方法DPFR：構(gòu)建歸一化流密度估計(jì)器對(duì)腺體、輪廓與背景的特征分布進(jìn)行建模，并利用梯度引導(dǎo)的密度擾動(dòng)增強(qiáng)特征可分性；同時(shí)引入對(duì)比學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的特征重校準(zhǔn)模塊，緩解類(lèi)間混淆，降低粘連對(duì)邊界分割的不利影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DPFR能夠取得優(yōu)于現(xiàn)有主流半監(jiān)督方法的分割性能。該項(xiàng)研究提出的半監(jiān)督腺體分割方法在減少對(duì)大規(guī)模精細(xì)標(biāo)注依賴(lài)的同時(shí)顯著提升了分割效果，為結(jié)直腸癌與前列腺癌組織病理圖像的自動(dòng)分析提供了理論方法和關(guān)鍵技術(shù)支撐，對(duì)于上述疾病的智能診斷具有重要意義。

圖. DPFR方法總體架構(gòu)示意圖：（a）特征密度學(xué)習(xí)；（b）密度擾動(dòng)生成與注入；（c）特征矯正模塊

合肥工業(yè)大學(xué)為論文的唯一署名單位。儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院博士研究生余杰江為論文的第一作者，劉羽教授為論文的通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（U23A20294、62576132）、教育部基礎(chǔ)學(xué)科和交叉學(xué)科突破計(jì)劃（JYB2025XDXM109）等項(xiàng)目的資助。

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光電轉(zhuǎn)換器件研究取得新進(jìn)展

微電子學(xué)院陳俊偉副教授、許俊教授聯(lián)合蘇州大學(xué)李亮教授在硒硫化銻（Sb2(S,Se)3）光電轉(zhuǎn)換器件研究中取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出順序硫-硒離子梯度工程（SIGE）策略來(lái)調(diào)控Sb2(S,Se)3薄膜的能帶結(jié)構(gòu)與缺陷密度，成功制備出高性能的Sb2(S,Se)3光電轉(zhuǎn)換器件，為金屬硫族化合物光電器件的發(fā)展提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Journal of Energy Chemistry》上。

圖1. SIGE策略對(duì)Sb2(S,Se)3薄膜缺陷鈍化、作用機(jī)制與光伏器件性能的影響

Sb2(S,Se)3作為新一代光吸收半導(dǎo)體材料，具有原料豐富、環(huán)境友好、制備成本低、光吸收系數(shù)高（>105·cm-1）及帶隙可調(diào)（1.1–1.7 eV）等優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。然而，采用水熱法制備的Sb2(S,Se)3薄膜通常面臨縱向陰離子（例如，S2-/Se2-離子）分布不均勻、深能級(jí)缺陷較多等問(wèn)題，限制了載流子的有效傳輸與器件性能的進(jìn)一步提升。傳統(tǒng)的后硒化熱處理工藝不僅依賴(lài)復(fù)雜設(shè)備與高溫環(huán)境，且硒蒸氣濃度難以均勻調(diào)控，易引起Se/S比例失衡、晶界損傷及界面空隙等問(wèn)題，成為制約器件性能突破的關(guān)鍵瓶頸。

為克服上述困難和挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型的順序硫-硒離子梯度工程策略。該策略采用“先優(yōu)先硫離子摻入、后受控硒離子注入”的分步調(diào)控模式，在原子尺度上同步實(shí)現(xiàn)了能帶結(jié)構(gòu)優(yōu)化與關(guān)鍵缺陷鈍化，同時(shí)保持了Sb2(S,Se)3薄膜的結(jié)構(gòu)完整性。采用SIGE策略?xún)?yōu)化的Sb2(S,Se)3光電器件，實(shí)現(xiàn)了10.84%的光電轉(zhuǎn)換效率與0.584V的開(kāi)路電壓（Voc）。其中，0.584V是目前公開(kāi)報(bào)道的基于硒代硫酸鈉體系Sb2(S,Se)3器件的最高Voc值。該研究建立了一種可順序調(diào)控陰離子梯度、協(xié)同實(shí)現(xiàn)缺陷鈍化與界面優(yōu)化的研究框架，為深入理解并進(jìn)一步提升金屬硫族化合物光電轉(zhuǎn)換器件的效率提供了新的方法論支持與技術(shù)路徑。

圖2. Sb2(S,Se)3薄膜的元素分布、微觀結(jié)構(gòu)及Se/Sb原子比變化趨勢(shì)

圖3. Sb2(S,Se)3薄膜的DLTS缺陷分析（種類(lèi)與能級(jí)）及相關(guān)光譜表征

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雙極直流配電網(wǎng)研究獲系列成果

電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院楊曉東副教授依托電能高效高質(zhì)轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合華中科技大學(xué)等單位，在雙極直流配電網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備拓?fù)洹⑦\(yùn)行優(yōu)化領(lǐng)域取得系列研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果分別以“Design of Flexible DC-SOP Toward Four-quadrant Power Flow Control in Bipolar Distribution Networks”和“Comprehensive Voltage Regulation for Multi-Voltage Bipolar DC Distribution Systems”為題發(fā)表在電氣領(lǐng)域知名期刊《IEEE Transactions on Smart Grid》和《IEEE Transactions on Sustainable Energy》上。

圖1. 構(gòu)建的直流柔性軟開(kāi)關(guān)（DC-SOP）拓?fù)浼敖Y(jié)構(gòu)

雙極直流配電網(wǎng)采用正、負(fù)極對(duì)稱(chēng)供電結(jié)構(gòu)，具備直流負(fù)荷和分布式光伏高效承載、靈活接入等優(yōu)勢(shì)。然而，在源-荷隨機(jī)波動(dòng)和多饋線并行運(yùn)行條件下，極間及饋線間功率分布易出現(xiàn)不均，傳統(tǒng)設(shè)備難以獨(dú)立滿足多維度的潮流調(diào)控需求。針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)面向雙極直流配電網(wǎng)提出了一種直流柔性軟開(kāi)關(guān)（DC-SOP）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并引入解耦控制策略。該裝置通過(guò)多端口柔性互聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極及不同饋線之間功率交換的獨(dú)立可控，有效避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中端口功率相互耦合所帶來(lái)的調(diào)控受限問(wèn)題，從設(shè)備層面為極間與饋線間的精細(xì)化功率調(diào)節(jié)提供了有力支撐。

圖2. DC-SOP四象限解耦控制框圖及四象限可行域圖

基于該解耦控制特性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將DC-SOP應(yīng)用于雙極直流配電網(wǎng)的四象限潮流調(diào)控中，通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)功率流向與幅值，實(shí)現(xiàn)功率在不同極及不同饋線之間的四象、連續(xù)傳輸。相較于以單向或局部調(diào)節(jié)為主的傳統(tǒng)方式，四象限潮流調(diào)控在統(tǒng)一控制框架下實(shí)現(xiàn)了多維功率的靈活重構(gòu)，顯著增強(qiáng)了復(fù)雜運(yùn)行條件下的直流配電網(wǎng)潮流調(diào)節(jié)能力與運(yùn)行適應(yīng)性，為提升直流配電網(wǎng)運(yùn)行靈活性與穩(wěn)定性提供了新的技術(shù)路徑。該工作發(fā)表于《IEEE Transactions on Smart Grid》，合肥工業(yè)大學(xué)為第一完成單位和通訊單位，博士研究生張程嘉為論文第一作者，楊曉東為論文通訊作者。

此外，該團(tuán)隊(duì)還針對(duì)多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)中電壓耦合復(fù)雜、電壓調(diào)控需求差異化、調(diào)控對(duì)象多樣化等問(wèn)題，提出了一種綜合電壓治理策略。多電壓等級(jí)配電網(wǎng)已成為當(dāng)前配電系統(tǒng)的普遍形態(tài)，受電壓層級(jí)差異及接入設(shè)備類(lèi)型多樣性的影響，不同電壓等級(jí)配電網(wǎng)在運(yùn)行特性和調(diào)控目標(biāo)上呈現(xiàn)出顯著差異，對(duì)應(yīng)配置的調(diào)控手段與設(shè)備體系亦不盡相同。針對(duì)上述問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)的協(xié)同電壓調(diào)控模型，通過(guò)統(tǒng)一描述不同電壓層級(jí)及正、負(fù)極之間的電壓耦合關(guān)系，實(shí)現(xiàn)跨電壓層級(jí)、跨極性的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。該模型將直流變壓器、互聯(lián)設(shè)備及分布式調(diào)節(jié)資源納入統(tǒng)一協(xié)調(diào)框架，明確各電壓層級(jí)與極間的調(diào)控邊界與交互機(jī)制，為多電壓等級(jí)系統(tǒng)下的電壓協(xié)同控制奠定了模型基礎(chǔ)。

圖3. 多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)綜合電壓調(diào)控框架

基于所構(gòu)建的協(xié)同調(diào)控模型，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了多電壓等級(jí)雙極直流配電網(wǎng)的綜合電壓調(diào)控，根據(jù)不同電壓層級(jí)及極間的動(dòng)態(tài)分配調(diào)節(jié)裕度，有效抑制負(fù)荷波動(dòng)與新能源不平衡接入引起的多樣化電壓?jiǎn)栴}。相較于傳統(tǒng)分層、分區(qū)的獨(dú)立調(diào)節(jié)方式，該方法在統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制下提升了系統(tǒng)電壓支撐能力與調(diào)節(jié)效率，顯著改善了復(fù)雜運(yùn)行條件下的多電壓等級(jí)直流配電網(wǎng)整體電壓質(zhì)量。該工作發(fā)表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》，合肥工業(yè)大學(xué)為第一完成單位和通訊單位，楊曉東為論文的第一作者，丁立健教授為論文通訊作者，博士研究生張程嘉為論文的合作作者。

圖4. 提出的綜合電壓調(diào)控方法與已有方法的性能對(duì)比

近年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)聚焦智能配用電系統(tǒng)運(yùn)行與控制關(guān)鍵技術(shù)研究，圍繞柔性配電系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、雙極直流配電技術(shù)、人工智能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等方向開(kāi)展了系統(tǒng)性探索，已在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、IEEE Trans. Sustain. Energy等國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。相關(guān)研究成果在國(guó)家電網(wǎng)公司多項(xiàng)智能電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用，有效提升了以新能源為主體的新型配用電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)與靈活運(yùn)行能力。

上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目(52377090)、聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U22B20116)和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(JZ2025HGTG0270)的資助。

論文鏈接：；

來(lái)源 | 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 微電子學(xué)院

電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院

圖片 | 李振豪 皮致遠(yuǎn)

編輯 | 張豪

責(zé)編 | 衛(wèi)婷婷 楊樂(lè)丁

投稿郵箱 | hfutxcb404@163.com

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