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电子科学与技术



1、学科概况

 

    我校1999年增设“电子信息工程”本科专业,2003年增设“测试计量技术及仪器”硕士点,2010年升格为“仪器科学与技术”一级硕士点,学制三年,下设2个二级硕士点:“精密仪器与机械”、“测试计量技术及仪器”。2011年我校又增设了“仪器仪表工程”专业硕士学位点,学制两年,研究方向与“仪器科学与技术”硕士一级点方向一致,侧重于工程技术人才的培养。经过十多年的发展,尤其是近年来学科的交叉融合和研究领域的拓展,根据学科发展需要,2015年,抓住教育部学科动态调整的机遇,学科名称调整为“电子科学与技术”,主要研究方向涵盖物联网系统、电磁场与微波技术、遥感成像技术、微电子学与固体电子学四个具有鲜明特色和优势的学科方向。目前有专任教师22人,其中教授4人,副教授11人,硕士生导师13人,具有博士学位教师所占比例为60%。学科聘任了国际知名计算电磁学专家、日本九州大学安元清俊教授为特聘教授。近年来,学科师资队伍中入选江苏省“六大人才高峰”培养对象2人,江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人1人,青年骨干教师1人。学科积极引进海内外知名大学的高层次优秀人才,鼓励和资助中青年教师出国进修和进行学术交流,目前具有海外留学经历的教师比例接近40%。近5年来,学科主持国家级科研项目12项,省科技项目15项,其他各类科研项目6项,科研经费总额1100多万元。发表科研论文100余篇,其中,SCIEIISTP 等收录63篇。研究生参与导师科研课题,参与率达到100%,获南京林业大学校级优秀硕士论文4篇。

5年投入学科及专业建设经费500余万元,重点建设测试与控制技术研究所、电工电子实验中心和物联网研发中心。2011-2015年间,学科成功申获省级研究生工作站2个,建立研究生实习实践基地5个。现有两个本科专业:电子信息工程和物联网工程,在校本科生360人。其中电子信息工程专业获2012年获南京林业大学卓越工程师试点专业,2013年获南京林业大学重点专业。

 

2、学科内涵与学科范围

 

    我校是一所以林科为优势,以工科为主、多学科协调发展的研究教学型大学。近年来,随着物联网技术、通信技术、计算机技术、无损检测技术的快速发展,林业及林产工业在信息化、智能化、自动化方面得到更多的支撑。目前学科在物联网系统、电磁场与微波技术、遥感成像技术、微电子学与固体电子学等研究方向形成了自己的研究特色。

    物联网系统:致力于建设林业环境感知系统,结合最新的电子技术完成物联网终端节点的设计,通过多模态数据交叉测量与感知数据的综合认知技术,实现了对森林生态环境的连续时空多点协同监测,实现实时环境数据采集和历史数据存储,摸索出空气(温度/湿度/光照)、土壤(温度/湿度/酸碱度)等参数对环境信息的影响,从而提供精准的实验数据;同时并对野外大规模物联网中的资源调度、负载平衡等关键技术进行研究,实现广域的林业环境中重要参数的自动采集、无线传输、实时监测、网络发布、数据分析等功能,增强网络的容错性和鲁棒性;另外采用计算机的相关理论方法对采集数据进行分析、校正及状态预警,构建感知数据模型,分析数据特征,及时精确地满足生态生物量对环境各项指标要求,实现光照和温度的智能分析和精确干预,进而阐明森林生态环境因子和森林生态系统的结构与功能之间的相互作用机制,使得植物遵循高效、实用的人工调节。学科团队在前期做了一些技术积累,开展了校园、紫金山生态定位站两个区域的大气环境监测,开展了江苏省宝应县人工杨树林基地的生态环境监测,完成了江苏省农科院作物实时监测系统地研发,完成了江苏省物联网示范项目:智能环保监控与管理平台子项目——智能环境监测示范项目,已在南京市、扬州市、盐城市的森林公园及林场安装使用,运行最长的已有四年时间。围绕项目研发,学科团队已获得专利6项,发表论文30余篇。重点解决了充电无线传感网络数据聚合路由选择、传播通信协议及能量利用,相关成果发表在Wireless Personal Communications International Journal of Distributed Sensor NetworkSCI收录期刊,并成功应用于本系统。在关键技术,如物联网数据传输可靠性方面,应用互斥信号量机制解决了3G网关数据传输问题,并将低功耗设计思想应用于多种嵌入式板卡设计中,其成果已申报专利。

    电磁场与微波技术学科:紧密围绕国际上电磁场与微波技术的发展前沿,重点建设计算电磁学、光器件设计以及微波和太赫兹无损检测等方向。在计算电磁学方面,致力于时域有限差分法、傅立叶级数展开法、模式展开、T矩阵等数值算法的研究,在傅立叶级数展开法中引入完全吸收层,能够有效抑制来自假想境界的非物理干扰波,使傅立叶级数展开法更加高效并贴合实际,有利于光器件开发设计软件的商业化应用。太赫兹光谱和成像技术是近10多年来新兴的检测技术,在松材线虫病的早期监测和防治,松材线虫的DNA无标识指纹谱检测,林木内部缺陷的诊断,胶合板粘胶特性研究等方面具有广泛的应用。学科团队运用太赫兹光谱和成像技术研究生物分子在太赫兹频段的振动和转动特性,理论和实验结合分析生物分子的指纹谱,达到鉴别的目的。微波无损检测主要利用微波的反射,散射,透射等的物理性质,通过测量微波的幅度,频率,相位的变化,来确定被测物体的内部缺陷与分布,使用脉冲微波共焦成像技术对检测样品进行相关的一系列研究,解决天线窜扰,样品表面干扰等技术难题。在器件开发方面,运用电光聚合物的电介电常数与光介电常数差别很小的特点,便于波导型光调制器的相位匹配,从而增加光调制器的调制带宽。同时光子晶体具有“光子频率禁带”的周期性介电结构,比通常的光波导结构,具有良好的光控制与传播特征,我们将光调制器与光子晶体技术相结合,设计与制作了高效率的高速光调制器等光通信传感器件,并希望得到广泛的商业化应用。项目团队已经发表了包括Optics Express, IEEE, IEICE在内的重要学术论文40余篇,其中SCIEI检索20余篇,申请专利2个,该方向为本学院教师成长提供了方向广阔、需求旺盛的研究领域,对人才培养起到了较大的支撑作用。

    遥感成像技术学科:相较于传统的地面调查,遥感因其具有多光谱甚至高光谱、广覆盖、较高的重访频率等优势在国民经济的各领域被广泛应用。本学科利用传统光学多光谱遥感、高光谱遥感、Lidar及地基雷达扫描等遥感手段,从单木、林分到区域尺度的森林结构参数提取、森林干扰及恢复特征刻画及森林病虫害监测等方面形成行业特色。具体地,通过机载Lidar系统以及TLS地基扫描系统获取点云数据,在此基础上发展算法,提取单木或者林分的三维立体结构,并进行林分和单木的测定,如树冠高、冠幅、树冠密度、干形方程等提取,在林分调查自动化、高精度应用方面具有良好应用前景。利用传统的多光谱数据,如Landsat TM/ETM+数据,借助自动化图像堆栈分析算法,植被变化追踪模型(Vegetation Change Tracker Model, VCT)Landtrendr自动建立区域尺度的森林干扰和恢复时空数据集,为精确评估森林生态系统碳变化、发展生物多样性保护策略以及评价现存森林经营方法的有效性提供数据基础。利用高光谱数据,分析其一阶导数信号特征,并建立其与森林松材线虫病害、枯梢病害及干旱胁迫等发生时间及病害演进建立统计关联,为这些胁迫的早期预警提供信息参考。这些现存的遥感应用基础研究,正在形成南京林业大学的遥感研究特色。

本学科团队在上述研究方向上已获得国家自然科学基金5项,国家林业局林业公益项目和948项目各1项,江苏省自然科学基金项目1项。已发表研究论文40余篇,其中SCI收录论文10篇,EI收录论文5篇,并获得授权专利1项。在团队科研项目推动下,项目组研究生培养质量也明显提高。目前,已有4名硕士生获得研究生国家奖学金,研究生发表论文的质量也逐年提高。项目组在广东佛冈县,南京栖霞山景区等处已建立试验基地,验证并推广团队的研究成果。

    微电子学与固体电子学学科:主要致力于新型电子信息材料的性质、结构调控和设计的基础研究。新型电子信息材料是信息技术向微型化、网络化发展的先导,是实现超快实时信息处理、超大容量的信息传输和超高密度的信息存储的基础,也是国内外材料科学研究的前沿领域。本方向利用基于密度泛函理论的第一性原理计算和分子动力学模拟方法研究新型电子信息功能材料的性质、结构调控和设计,探索这些新型电子信息材料的物理性质,揭示它们的微观内在机制,并按照人们的实际需求设计具有特定功能性的材料,为实验研究提供了一定思路。在太阳能材料的设计方面,在太阳光的能量分布范围中,可见光部分占用绝大部分能量,因此是否可以吸收多数可见光是太阳能材料的决定性指标。然而大多数材料的能带结构都决定了它们不能吸收可见光,从而限制了其成为有效的太阳能光伏材料。学科团队通过设计双层类石墨烯g-C3N4材料,通过层间耦合,打破了光子跃迁禁止,实现了在可见光区的吸收,大大提高了太阳能的利用率,可以有效地为太阳能电池材料提供母体材料,该结果发表后很快被美国Verticalnews新闻报道。另外,在纳米材料的量子调控研究方面,从实验制备的样品性质出发,揭示了其自发的边界局域态是磁性的唯一来源,而样品中被引入的载流子是磁性湮灭的根本途径,研究给出了保持纳米带磁性的路线。学科团组还研究了外电场对纳米线中的载流子调控。研究显示,p型和n型载流子在外电场下表现出完全不同的电性质。重要的是,电场不会对载流子的性质产生影响,但是会形成完全不同的两个区域,也就是说自发形成p-n结。以上相关研究成果发表在nature杂志社Scientific Reports,美国化学会J. Phys. Chem. LettJ. Phys. Chem. A, Inorg. Chem.,美国物理联合会Appl. Phys. Lett, 英国皇家化学会Nanoscale等国际一流SCI期刊上。近五年来,本学科承担了国家自然科学基金2项,江苏省自然科学基金1项,江苏省高校自然科学基金1项,总共发表SCI论文30多篇。

 

3、培养目标

 

1)硕士培养目标

    本学科培养具备物联网工程技术、电磁场与微波技术、遥感成像技术与微电子学领域内宽广理论基础、实验能力和专业知识,能在该领域内从事各种通信自动化、智能仪器设计、物联网技术、电子材料、大规模集成电路设计至集成电子系统和光电子系统的设计、制造和相应的新产品、新技术、新工艺的研究、开发等方面工作的高级工程技术人才。较为熟练地掌握一门外国语。可在科研院所、工厂企业以及高等院校从事本专业或相邻专业的科研、工程技术和教学工作,能适应电子产业发展和全球一体化发展需要的高素质、高层次的电子科学与技术应用人才。