新型WN纤维透明电极的制备及透光导电性能

摘要:纤维透明电极兼具高透光与高导电性,有望取代传统锡掺杂氧化铟(简称ITO)成为新一代透明电极材料。金属纤维虽具有高导电性,但在受热或酸碱腐蚀条件下其性能急剧下降,应用环境受限。针对上述问题,本文采用电纺丝结合氮化热处理工艺制备出新型WN 导电纤维,进一步通过近场直写方法实现纤维的有序排列与WN 纤维透明电极的图案化构筑,以获得高透光高导电且耐热耐腐蚀的新型高性能透明电极。研究结果表明,WN 纤维的导电性随氮化温度的升高而增大,900℃氮化制备的WN 纤维的电导率高达2189 S/cm。通过近场直写可以有效调控WN 纤维透明电极的网格结构,进而调控其透光性与导电性。当网格间距为200μm 时,对应透明电极的透光率高达94%以上,方阻低至6.0Ω/sq,性能优于目前报道的金属纤维透明电极。与金属纤维相比,WN 纤维透明电极还具有优异的耐热与耐腐蚀性,在160℃氧化16h,方阻仅增加8%,在pH 值为1~13 的酸碱溶液中腐蚀1min,方阻增幅≤3%。

新时期我国信息与电子领域工程科技发展研究

摘要:信息与电子领域作为国家高科技领域之一,已成为各国战略必争之要地。为更好推动我国信息与电子领域发展,本文通过文献分析及访谈调研等研究方法,梳理总结了我国信息与电子领域的发展优势及短板,分析研判了新形势下我国建设世界科技强国对信息与电子领域提出的关键要求,面向我国重大发展战略需求,研究提出了我国信息与电子领域发展战略构想,并从战略谋划、体系发展、双链融合、人才发展四个层面研究提出了推进我国信息与电子领域工程科技发展的对策建议,即实施系统性战略规划,强化信息与电子领域体系化布局发展;夯实基础、超前谋划,提升信息与电子领域底层支撑与前沿引领能力;聚焦网络强国、数字中国建设,加速推进产业链和创新链双链融合;重视信息与电子领域工程科技人才培养和基础研究人才队伍建设,以期助力我国信息与电子领域高质量发展。

过渡金属纳米异质材料在超级电容器中的应用

摘要:超级电容器因其具有高功率密度、快速充放电性能、超长的循环寿命的优点被广泛应用。过渡金属磷化物(TMPs)和层状双金属氢氧化物(LDHs)作为电极材料,具有大比表面积和良好的电化学活性等优点,但TMPs的倍率性能和LDHs导电性较差。将TMPs和LDHs复合形成异质结构来实现二者的协同效应,从而能够提高电容器的功率密度和循环寿命。综述了TMPs、LDHs及其构建的异质结电极材料的制备方法,与其在超级电容器方面的应用,并展望了其今后的研究发展方向和未来的应用前景。

铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度对高功率密度LED极限光电性能的影响

摘要:高功率密度LED器件能实现传统光源和普通 LED 器件无法实现的诸多功能,将半导体照明技术链推向了一个崭新的高度。在实际应用中,单颗 LED 器件需要在数百瓦及近100 A电流下工作,铜基板面积、焊锡和导电铜箔厚度均会对该类型 LED 器件的极限光电性能这一关键指标产生显著影响。本文将单颗极限电功率为300W和200 W的两种规格的LED蓝光和白光器件,分5μm、100μm 和200μm 三个焊锡厚度,分别贴片焊接在直径为 20 mm、25 mm和32 mm 三种不同面积的热电分离铜凸台基板上,测试了当散热器温度分别为25℃、50℃、75 ℃和100℃时蓝光LED 器件光功率、白光LED光通量及其灯板导线焊点间的电压随电流的变化。同时,还研究了铜基板的导电铜箔厚度分别为70μm 和140 μm 时,极限电功率为 150 W 的蓝光LED 器件的 I-L 特性和 I-V 特性,并对其极限发光进行了研究。研究结果表明,焊锡厚度、铜基板面积和导电铜箔厚度均会对 LED的极限发光强度和工作电压产生明显影响;减小焊锡厚度和增加铜基板面积能显著提高高功率 LED器件的极限光强,P110和 T90两种规格蓝光 LED 器件极限光功率的提升幅度高达16% 和19%,白光器件极限光通量的提升幅度均高达15%左右;当铜箔厚度由70μm增加到140μm、散热器温度为25℃时,P70蓝光 LED的极限光功率提升幅度为 9.2%,50 ℃和75℃时极限光功率提升幅度为12.9%,100℃时极限光功率提升幅度为16.4%。

光电器件中的负光电导效应及应用

摘要:随着信息化时代的高速发展,对微电子器件中光电材料的选择、新功能的开发提出了更高的要求。传统光电器件大多利用半导体材料在光照下电导率增加的正光电导性效应进行功能化设计。近年来,研究发现还存在另一种反常的光电导效应——负光电导(Negative photoconductivity,NPC),即在光照条件下电导率降低,由于其在光电探测、逻辑器件、神经形态器件、低功耗非易失性存储器方面的潜在应用而备受关注。NPC的产生机制一般包括载流子的俘获效应、表面分子的吸附‐解吸、表面等离子体极化激元和局域表面等离子体共振、光辐射热效应等。本文详细讨论了不同光电器件中NPC产生的物理机制,分析了材料选择、器件结构设计、能带结构变化对不同异质结器件中NPC效应的影响,概括了光电器件中负光电导效应的实际应用,这为光电器件的性能优化和新型光电器件设计提供了重要参考,为未来异质结光电信息器件实现尺寸更小、光导增益更高、速率更快、功耗更低奠定了科学基础。

响应型柔性材料系统的向光性驱动

摘要:光响应材料在光刺激下能改变自身的物理或化学性质,因其对电磁波多自由度的高敏感、多维度响应能力,在与传感、驱动相关的多种应用领域中备受关注. 近年来,基于光响应软材料的光驱动系统逐渐完成了从简单的感知、受激作动到持续自主反馈控制的进化,这意味着柔性材料在受到刺激发生形态变化的基础上,逐步具备接受和转化能量的能力,进而实现自主驱动. 一系列基于柔性光响应材料的软体作动系统对与方向实时改变的光源、热源、声源等能量源,表现出方向识别与准确跟踪的能力. 这种“向光性”“趋光性”实现的难点在于让光响应柔性材料识别刺激源的方向并向其作动、在对准方向时停止作动,在受外部扰动、方向失准时自主向光调整,从而在一定程度上体现类似动、植物的自主性.因此,对近年来光响应材料在传感、驱动及自适应调节领域的研究进展进行综述,总结了柔性材料作动从响应型到自控型的发展历程,从传感、驱动、反馈三个组成循环的关键过程剖析其能量转化、传递过程中的物理、化学机制,并展望自控制光响应材料系统在仿生驱动器和软体机器人等研究领域的发展方向与潜力.

大尺寸金刚石晶圆复制技术研究进展

摘要:半导体技术的发展离不开大尺寸晶圆的高效制备。在半导体领域,晶圆复制可以通过同质外延生长后进行切割或者基于异质衬底进行异质外延来实现,从而批量生产。金刚石作为新型超宽禁带半导体材料,在电真空器件、高频高功率固态电子器件方面具有良好的应用前景。而由于金刚石材料具有极高硬度,晶圆复制也面临诸多问题。传统的激光切割方法虽然可以实现对超硬特性金刚石进行加工,但其较高的加工损耗已经无法满足大尺寸晶圆的制备需求,呕需开发损耗小、效率高的金刚石晶圆复制技术。文章介绍了目前常见的半导体晶圆复制技术,总结了金刚石复制技术的研究进展及现阶段发展水平,并对未来大尺寸金刚石晶圆复制技术的发展方向进行了分析与展望。

聚多巴胺(PDA)制备的电极材料在超级电容器中的应用进展

摘要: 现今,能源短缺的严峻形势将会逐渐影响人们的生产生活,所以开发新的储能元件成为科学家的研究重点。其中,超级电容器作为一种优异的储能器件,备受关注,但受限于其能量密度和功率密度不高而不能满足大规模的实际应用需求。因此,开发新的电极材料,成为解决此问题的方法之一。聚多巴胺(PDA)作为一种新材料,具有很多优点,如,高碳化率、高粘附性、多种官能团(邻苯二酚、胺和亚胺,大π电子结构)等。将PDA 作为电极材料,是最近才出现的热门课题,PDA 利用自身的高含碳量可以作碳电极;此外,自身含有胺基官能团可进行杂原子掺杂;最重要的是可以作为粘结剂,不仅能牢牢吸附外加材料,而且能够修饰复合材料内部结构,参与赝电容反应,增加复合材料比电容。在本文中我们将根据PDA 与不同物质复合在一起的分类方式,分别介绍PDA 在超级电容器中参与一元、二元、三元复合电极材料的应用。

半导体纳米晶体的冷等离子体合成: 原理、进展和展望

摘要:冷等离子体已发展成为纳米材料合成领域的重要技术途径. 无需化学溶剂和配体, 冷等离子体为高品质半导体纳米晶体的生长提供了独特的非热力学平衡环境: 等离子体中的高能电子与纳米颗粒碰撞使得纳米颗粒带电, 可降低或消除纳米颗粒之间的团聚; 高能表面化学反应能够选择性地将纳米颗粒加热到远超环境气体温度的温度; 气相中生长物和固相纳米颗粒表面结合物之间化学势的巨大差异, 有利于实现纳米晶体的超高浓度掺杂. 本文综述了冷等离子体合成半导体纳米晶体的研究现状, 详细讨论了冷等离子体中纳米颗粒形核、生长和晶化的基本原理, 总结了冷等离子体在单元素、化合物和复杂核壳结构纳米晶体方面的研究进展, 特别强调了冷等离子体在纳米颗粒尺寸、形貌、结晶状态、表面化学和组分等性能调变上的技术优势, 概述了超掺杂纳米晶体呈现的新颖物性, 展望了冷等离子体技术在纳米晶体合成领域的应用前景.

柔性可穿戴碲化铋基热电器件的研究进展

摘要:随着全球能源的消耗加剧,热电器件的开发应用成为解决能源消耗问题的有效途径之一,其中,碲化铋(Bi2Te3) 基柔性热电器件因在可穿戴领域逐步实现应用,得到了学界和业界的广泛关注。然而,受其材料成本较高、刚性结构等多方面因素的限制,Bi2Te3 基柔性热电器件难以在保持高效热电性能的同时,实现柔性可穿戴化应用。本文系统地阐述了当前Bi2Te3 基柔性热电器件在材料复合与柔性结构设计上的研究进展,特别是在柔性结构设计上,涵盖了块状、膜类及纱线型3 种结构。最后,总结分析了Bi2Te3 柔性热电器件未来可能面临的挑战与发展趋势,以期促进热电器件在可穿戴领域实现广泛应用。