对位芳纶(PPTA)纤维具有优异的力学强度和稳定性,但低表面活性使其难以通过表面改性结合导电层来制备导电纤维,因此极大限制了芳纶纤维在功能器件、柔性电子等高端领域的应用.采用表面活化改性技术,利用多巴胺的氧化自聚合,以提拉法在PPTA纤维表面附着聚多巴胺(PDOPA)层,然后以葡萄糖(C6H12O6)为还原剂,在PPTA@PDOPA纤维表面化学镀银,制备PPTA@PDOPA@Ag导电纤维.分别对PPTA@PDOPA@Ag纤维的力学性能以及导电性进行分析,并探究了AgNO3、C6H12O6浓度以及镀银时间对其导电性能的影响.结果表明:当AgNO3浓度为20g/L,C6H12O6浓度为20g/L,镀银时间为25min时,PPTA@PDOPA@Ag纤维电阻仅为0.03Ω/cm,断裂强力高达1.88N/tex.该工作为兼具优异导电性和力学性能的导电芳纶纤维研制提供了新途径.
为解决金属-陶瓷封装外壳底板和环框钎焊时焊料流淌不受控制问题,通过在底板上制备陶瓷阻焊层,实现了对焊料的阻挡,达到了精确控制焊料流淌区域的目的.采用扫描电镜对氮化铝和氧化铝两种阻焊层进行了研究和分析,结果表明:氮化铝阻焊层由柱状颗粒构成,颗粒之间尺寸差异性小,并且近似层状堆叠,组织结构比较松散、不致密,内部有孔隙和裂纹,容易被焊料渗透,阻焊效果不理想.与之相反,氧化铝形成的阻焊层由大小不等的块状颗粒构成,颗粒之间相互填充,形成的结构较致密,内部没有孔隙、裂纹等缺陷,可以很好地阻止焊料的渗透,阻焊效果明显优于氮化铝.
为了满足工作在多频段的通信系统的需求,提出了一种零度馈电结构的共面波导双通带滤波器.利用共面波导不连续性结构生成第一通带,再采用零度馈电结构激励开路枝节生成第二通带.滤波器第一通带中心频率为1.2GHz,带宽为300MHz,带内插入损耗优于0.15dB.第二通带中心频率为2.45GHz,带宽为250MHz,带内插入损耗优于0.43dB.滤波器带外有四个传输零点,提高了通带隔离度、选择性和阻带抑制性能.对滤波器进行了加工与测试,实测结果与仿真结果基本一致,验证了设计的有效性.滤波器结构简单,尺寸较小,仅为0.16λg×0.16λg,对于工作在北斗导航B2/B3频段和ISM频段的通信系统有一定的应用价值.
为了抑制4H-SiC MPS二极管的迅回效应,在传统结构的肖特基结下方引入P-轻掺杂区形成SP-MPS结构.给出简化电阻模型和等效电路图分析MPS二极管的正向导通特性,仿真了肖特基区宽度、P+区结深及P-区深度等关键参数对迅回效应的影响.研究结果表明,减小肖特基区宽度、增加P+区结深均可有效抑制迅回效应.SP-MPS结构通过添加P-轻掺杂区来调整肖特基势垒高度进而控制转折电压的大小,增加P-区深度对迅回效应具有抑制作用,但与P-区掺杂浓度基本无关.对比传统MPS结构,在P-区深度为0.25μm、掺杂浓度为1×1017cm-3的条件下,SP-MPS结构的肖特基势垒高度增加了35.7％,转折电压降低了73.2％,明显改善迅回效应对MPS二极管正向特性的影响.
采用反相微乳液法制备出了具有介孔结构的Mg-Al LDHs粉体,采用XRD、SEM、BET、DSC/TG、傅立叶红外光谱仪、可见光-近红外分光光度计对样品的结构、成分、形貌、近红外光学性能进行了测试分析,系统研究了反相微乳液反应环境对Mg-Al LDHs粉体介孔结构、水负载量、近红外反射光谱的影响规律,进而探索了一种通过调控Mg-Al LDHs材料形貌结构以模拟天然植物近红外光谱特性的高光谱伪装颜料设计方法.当反相微乳液油-水体系中的水含量达到24％时,成功制备出了一种具有多孔结构的Mg-Al LDHs粉体,通过增大材料内部的孔隙率可以明显提高其在近红外波段的"水吸收峰"强度,并获得与天然植物高度相似的可见光-近红外光谱曲线,余弦相似度高达95.13％.多孔材料的内部孔隙一方面可有效提升材料对水分的负载能力,增强Mg-Al LDHs粉体在近红外波段的水吸收峰强度;另一方面,还能使入射光在材料内部发生多次折射,增大了材料对入射光吸收的几率,从而降低了光谱的整体反射率.在上述效应的综合作用下,最终实现了对天然绿色植物近红外反射光谱的精细化模拟.
为解决现有压电能量俘获电路效率低、开关辅助电路结构复杂且能耗高等问题,基于串联同步开关电感(Series Synchronized Switch Harvesting on Inductor,S-SSHI)电路输出功率峰值高和同步电荷提取(Synchronous Electric Charge Extraction,SECE)电路负载范围宽的优点,提出一种具有自供电功能的能量俘获电路.为实现S-SSHI电路和SECE电路混合,基于二者开关动作均在压电元件开路电压的极值点,提出了正极值点电压翻转、负极值点电荷提取的策略;设计了两个非对称无源正/负峰值检测电路检测正/负极值,使正/负半周期的工作模式分别为S-SSHI和SECE,从而达到输出功率和负载范围的平衡.通过仿真建模研究所提电路的可行性,验证了所提电路俘能性能优越,输出功率峰值可达SEH电路的4倍,同时具有较宽的负载范围.
随着智能化时代的到来,云计算、人工智能、物联网等领域的兴起,全球电子终端设备数量剧增,电子终端设备的性能和功耗矛盾日益凸显.类神经形态器件相较于传统CMOS器件在算力、能效方面优势显著.为了更好地了解类神经形态器件的发展现状,明确其未来发展方向,首先综合评述了典型的类神经形态器件研究进展,而后分析了现有类神经形态器件技术的瓶颈问题,进而提出了通过能量与信息耦合,推动类神经形态器件进一步提高性能、降低功耗的策略,并讨论了能信耦合类神经形态器件的物理可行性和应用潜力,最后展望了智能化时代对于电子信息器件的发展需求,以及未来能信耦合器件的发展思路和研究重点.
针对可编程增益仪表放大器(PGA)采集电阻传感器信号时,增益误差较大、噪声较高等问题,设计一种应用于模拟前端(AFE)测量电阻传感器信号的高性能PGA.采用了电压模放大器和电流反馈放大器双模式架构,实现信号的低增益和高增益的精确放大.数模转换器通过电压叠加和电流叠加的方式进行失调补偿.置位于不同增益倍数时,电路在两种模式下自动切换,以提高电路工作效率.电路设计基于TSMC 0.18μm工艺实现.后仿真结果表明,PGA在1～2048放大倍数的增益误差最大不超过0.04％,失调补偿范围±500mV,在256倍放大倍数下,100kHz处噪声的功率谱密度为17.5nV/Hz1/2,在1～100kHz带宽内输入参考噪声为5.79μV,输入阻抗大于1MΩ,在电源电压1.8～3.6V内正常工作.
兼具高理论比容量与低工作电压的硅在高能量密度锂离子电池领域具有重大应用潜力,然而其在循环过程中存在巨大的体积变化,导致其循环性能急需提升.基于此,通过小分子单宁酸的引入,在海藻酸、聚乙烯吡咯烷酮双网络高分子体系中构建了氢键交联的动态网络,实现了一种兼具良好韧性与热稳定性的自修复海藻酸基双网络粘结剂,可以有效地缓冲硅颗粒在多次充放电循环过程中的巨大机械应力,进而支撑硅负极在0.2C电流密度下循环200圈后,仍然维持1675.9mAh·g-1的放电比容量,甚至在1C电流密度下的放电比容量仍保持在1173.1mAh·g-1,说明单宁酸增强海藻酸基双网络粘结剂可以提升硅颗粒的电化学性能,有望推动硅电极的产业化进程.
功率VDMOS已经广泛应用于航天领域,但其在空间长期高温环境下存在键合可靠性下降甚至脱键失效的问题.为评估功率VDMOS高温条件下长期服役能力,需要对相应温度条件下键合强度演化规律、失效机理、寿命评估等方面展开研究.设计150,300℃两组高温存储试验,研究不同高温存储条件下键合强度演化规律及界面IMC演化行为,分析键合失效机理,对键合寿命进行预测.结果表明:键合强度随高温存储时间增加而下降,界面IMC由Au2Al逐步转变为AuAl2;脱键断面裂纹源为键合点前部Al丝,裂纹沿相界面扩展;基于Arrhenius加速寿命模型得到键合点理论寿命计算公式,外推出常温(25℃)下键合点理论寿命约为3×107h.
隔膜对锂离子电池安全性能有着重要影响.为了提高隔膜的耐热性能,采用湿法成型技术,使用聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)原纤化纤维和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布作为原料,制备了一种耐高温的双层复合隔膜(PET/PBO).差示扫描量热法(DSC)和热尺寸收缩实验证明,PET/PBO复合膜与商用PP隔膜Celgard 2500相比具有更出色的热稳定性,225℃下尺寸收缩仅2.5％;湿法成型工艺又赋予隔膜更高的孔隙率,可达70％;PBO面与电解液接触角仅为14°,具有良好的电解液浸润性;充放电实验证明,PET/PBO隔膜组装的电池有着良好的循坏和倍率性能.表明该复合膜是高性能锂离子电池隔膜的理想候选者.
二硫化钼(MoS2)作为过渡金属硫化物的典型代表之一,具有二维层状结构(层间距为0.62nm)和较高的理论比容量(670mAh·g-1),是一种很有前途的储钠材料.但因其较差的电子电导率和较弱的层间引力,极大地限制了钠离子电池(SIBs)的储钠性能.通过溶剂热法成功制备碳改性二硫化钼纳米片(MoS2/C-H).碳材料和MoS2的成功复合一方面有效提高材料表面和内部的电子电导率;另一方面,使得MoS2的层间距从初始的0.62nm宽化到1.00nm,不仅有利于钠离子的快速脱嵌,还能有效缓解充放电过程中的体积膨胀问题,从而显著提高MoS2作为SIBs负极材料的循环稳定性和倍率性能.电化学性能测试结果显示在0.5A·g-1电流密度下,MoS2/C-H电极循环200圈后仍可维持320mAh·g-1的可逆比容量.此外,MoS2/C-H电极还具有良好的倍率性能,在0.5,1,2,5和10A·g-1电流密度下,比容量分别为437,409,379,337和299mAh·g-1.这项工作为其他过渡金属硫化物的结构设计提供了新的思路.
声能作为一种广泛存在的可再生能源,在自供电传感器领域具有巨大潜力,但是环境中声源大多为中低频声源,且声能量密度较低.为了提高中低频段声能的收集效率,介绍了一种基于聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)电纺复合纳米纤维薄膜的声驱动式摩擦纳米发电机(TENG).TENG的构造由两层绣棚固定的导电布和中间夹一层PVDF/GO电纺纳米纤维薄膜组成,其中导电布与纤维膜之间通过涤纶树脂(PET)圆环分隔.在117dB、130Hz的声源激励下,TENG可以产生高达550V的峰值电压和61μA的短路电流,瞬时最大输出功率密度为701μW/cm2.TENG在中低频段有着高效的声电转换特性,这种特性使其成为一种潜在的低功耗设备供电解决方案.
微波器件的高频化、片式化和多功能化是通信技术中重要的发展方向,超低损耗(高Q值)的低温烧结微波介质陶瓷是LTCC技术的关键材料,其中ZnO-TiO2系微波介质陶瓷备受关注.通过固相反应法,选用氟化锂(LiF)作为烧结助剂,对ZnO-TiO2系陶瓷进行掺杂烧结.研究LiF对其烧结行为、相热稳定性和微波介电性能的影响.分析表明:一定量的LiF掺杂能够将ZnO-TiO2陶瓷的烧结温度从1100℃降低到1020℃左右;对于不同LiF掺杂量的ZnO-TiO2陶瓷,其物相均为Zn2TiO4尖晶石和TiO2金红石的复合相组成;当掺杂LiF为质量分数1％时,1065℃烧结的陶瓷样品具有最优的微波介电性能:εr=27,Q×f=21300GHz,τf=43.2×10-6/℃.
为了进一步减小基准电压源的温度系数,针对传统的基准电路无法补偿BJT管高阶系数温漂影响的问题,提出了一种带电流补偿结构的带隙基准源.补偿电路结构采用双支路提供不同温度系数的补偿电流的方式,用于调节基础结构在不同温度段产生的温漂.另外根据补偿原理进行结构的改进,提出两种设计结构的优化结果,同时使用电阻修调结构矫正不同工艺角下的电压温度漂移.电路采用0.18μm BCD工艺实现.仿真结果表明,该带隙基准源在-55～+125℃温度范围内,最大输出基准电压变化为0.2394mV,温度系数为1.078×10-3/℃,10Hz频率时电源抑制比-77dB.使用蒙特卡洛方法进行仿真,其失调电压平均值为1.5667mV.已应用于某一高精度的数模混合电源芯片中.
针对超宽带(Ultra-Wideband,UWB)多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天线存在陷波数量少和隔离度不高等问题,提出了一种四端口多陷波超宽带天线.将带有梯形缺口的椭圆形与圆形结合作为辐射贴片实现超宽带功能,利用上下层的十字结构提高隔离度.通过在辐射贴片上蚀刻一个C型开口环槽和一个类C型槽以及添加一对C型开口环,实现WIMAX(3.3～3.6GHz)、国际移动通信系统(IMT-2020(5G))通信波段(4.84～4.98GHz)、X下行波段(7.25～7.75GHz)、国际电信联盟ITU(8.025～8.4GHz)四个陷波频段.仿真与实测结果表明,该UWB-MIMO天线的工作带宽为3.0～14.0GHz,仿真结果与实测结果基本吻合.天线隔离度小于-25dB,包络相关系数(ECC)整体小于0.007,分集增益(DG)值大于9.999,性能指标良好,可以满足UWB-MIMO天线的要求.
通过刮刀涂布法把氢氧化镧浆料涂布到锌负极表面,构建了一种用于水系锌离子电池锌负极保护的氢氧化镧涂层.氢氧化镧涂层紧密地粘附在锌负极表面,能够抑制枝晶生长和析氢反应的发生,在循环过程中实现均匀的锌沉积.使用该涂层修饰锌负极组装的对称电池,在0.25mAh·cm-2的电流密度和0.05mAh·cm-2的沉积量下可以稳定循环3000h.在以NH4V4O10(理论比容量为491mAh·g-1)为正极的全电池充放电测试中,使用涂层修饰锌负极的全电池在5A·g-1的电流密度下稳定循环600圈后,仍具有114mAh·g-1的放电比容量和高达99.99％的库伦效率.实验结果说明氢氧化镧作为锌负极保护层,可显著提升锌负极的稳定性并提升水系锌离子电池的电化学性能.
复合多层吸波材料除具备"薄、轻、宽、强"等要求外,快速有效的设计方法可大大缩短其研发应用时间周期,利于技术迭代升级.本文基于传输线理论和逐级匹配技术,控制复合多层吸波材料界面的电磁传输特性,设计实现满足材料应用指标要求的复合多层吸波材料.本文方法基于单频点提出,适用于单频及宽带设计要求.通过对实验室制备的多层吸波材料进行测试,得到在目标单频点反射率-30dB及目标频带内平均反射率-35dB的实测结果,验证了本文提出方法的正确性和有效性.本方法有望成为快速有效研发复合多层吸波材料的有效手段之一.
高熵氧化物陶瓷由于独特的结构及新奇的"高熵效应"而表现出优异的性能.为制得高灵敏度和高稳定性的NTC热敏电阻,采用固相反应法制备了(FeCoCrMnZn)3O4高熵热敏陶瓷,研究制备工艺对其物相组成、显微结构和电学性能的影响.结果表明:(FeCoCrMnZn)3O4粉体在900℃煅烧即可形成尖晶石结构的单相固溶体,(FeCoCrMnZn)3O4陶瓷中各元素均匀分布,符合高熵化特征,其室温电阻率高达142.5 kΩ·cm,热敏常数B值高达4487 K,而电阻漂移率仅为1.22％(1425℃,4 h).总之,(FeCoCrMnZn)3O4高熵热敏陶瓷具有良好的NTC特性,较普通NTC热敏电阻而言,具有更高的电阻率、B值及稳定性,可用于抑制大功率电器产生的浪涌电流及温度的检测和控制等.
建立了三维硅通孔(TSV)芯片垂直堆叠封装结构有限元分析模型,对模型在热扭耦合加载下进行了仿真分析;分析了TSV材料参数与结构参数对TSV互连结构热扭耦合应力的影响;采用了响应面与模拟退火算法对在热扭耦合加载下TSV互连结构参数进行优化设计.结果表明:TSV互连结构最大热扭耦合应力应变位于铜柱与微凸点接触面外侧;微凸点材料为SAC387时,TSV互连结构热扭耦合应力最大,该应力随SiO2层厚度的增大而增大,随铜柱直径的增大而先增大后减小,随铜柱高度的增大而减小;最优参数水平组合为铜柱直径50μm、铜柱高度85μm、SiO2层厚度3μm,优化后的最大热扭耦合应力下降了5.3％.
