电容式柔性压力传感器的性能优化原理及研究进展

摘要:作为可穿戴电子器件的重要分支,柔性压力传感器在人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。随着新型材料与新的器件制备策略的不断开发,柔性压力传感器的力学与电学性能不断被优化以适应不同的应用需求。相较于其他传感器,电容式柔性压力传感器具有灵敏度高、功耗低、响应快的优势。电容式柔性压力传感器的性能优化主要通过改变器件的结构参数来实现,如电极有效正对面积、电极间距、有效介电常数等。主要方法策略包括新型纳米材料的应用、新型微结构设计和新型复合材料的开发。主要优化原理有四种:(1) 通过改变电极表面粗糙度来改变电极有效正对面积;(2)在电极或介电层中引入空气层以降低弹性模量;(3)在介电层中引入空气或高介电常数材料来改变有效介电常数;(4)通过复合材料在介电层中形成微电容以改变总体电容变化。在电容式柔性压力传感器的性能优化研究中存在一个共性问题,即高灵敏度与宽检测范围之间总是存在一种制约关系。在一定压力范围内,尤其是低压范围,灵敏度提升往往会使器件较易达到压缩饱和而使检测范围有限,即线性度较差。近年来,研究者们着眼于高灵敏度与宽检测范围之间的制约问题,对介电层的梯度结构设计及混合响应机制进行探索,取得了丰硕的成果,在保证高灵敏度的前提下大幅提升了器件的检测范围。然而,迟滞、稳定性及阵列优化仍是电容式柔性压力传感器面向实际应用时存在的问题。本文系统归纳了电容式柔性压力传感器的性能优化原理,分别对电极和介电层的结构设计与材料优化方法进行了介绍,分析了电容式柔性压力传感器在性能优化研究中面临的难题,并进行了展望,以期为设计和制备满足应用需求条件的高性能柔性压力传感器提供参考。

高压电缆半导电屏蔽料研究进展及关键技术分析

摘要:作为高压电缆重要组成部分,半导电屏蔽层对高压电缆的运行稳定性和使用寿命具有至关重要作用。然而,我国高压电缆半导电屏蔽严重依赖进口,极大程度限制了我国高压电缆自主化生产。基于此,本文介绍了高压电缆半导电屏蔽料国内外发展现状,分析了高压电缆半导电屏蔽料材料组分( 基体树脂、导电炭黑和加工助剂) 的作用及关键评价指标,重点讨论了高压电缆半导电屏蔽料生产制造存在的技术瓶颈: 导电炭黑分散性、电阻率及其稳定性和表面光洁度。最后,对高压电缆半导电屏蔽料的发展方向进行了展望。本文全面系统地综述了高压电缆半导电屏蔽料的研究进展,有望为高压电缆半导电屏蔽料国产化设计与开发提供理论指导。

面向6G的低时延高可靠边缘计算架构

摘要:移动边缘计算(MEC)是6G移动通信网络中连通通信与服务、实现万物智联的支撑技术。针对MEC系统的计算时延优化,提出横向多主机架构;为优化MEC系统的传输时延及解决多主机并行计算的掉队者问题,提出多连接主从多主机架构。以上均设计了完整的信令流。针对MEC系统的性能评估,搭建了基于开源库的多主机MEC仿真平台。实验表明,提出的横向多主机MEC架构可有效提高计算时延性能;提出的多连接主从多主机MEC架构有效缓解掉队者问题,提高传输时延性能;搭建的MEC仿真平台能够有效评估多主机架构的关键性能指标。

晶上系统:设计、集成及应用

摘要:晶上系统(SoW)是近年来兴起的一种晶圆级超大规模集成技术。SoW是在整个晶圆上集成多个同构同质或异构异质的芯粒,并且芯粒相互连接组成具有协同工作能力的晶圆级系统,是后摩尔时代进一步提升系统性能的有效技术方案。总结了SoW技术近年来的主要研究进展,对系统架构、网络拓扑、仿真建模、供电和散热等关键技术进行了介绍,并对SoW技术的发展和应用前景进行了展望。

显示面板制造装备国产化的思考与行动

摘要:显示面板产业从阴极射线管(CRT) 发展到有机发光二极管(OLED),日本、韩国等国家的主要技术引领区域基本采用“装备—材料—产品”的全链条垂直整合模式,实现区域内的产业链自足,同时每一次技术跃迁都重构了全球产业版图。中国显示产业的发展从零起步,通过成套引进、消化吸收、自主创新的模式,逐步实现了出货量居全球第1 位,但同时还存在“大而不强”的痛点:显示面板产线核心装备严重依赖进口。显示产业的市场需求仍在不断增长,虽然液晶显示器(LCD) 已趋于饱和,但是OLED正成为市场主力军,预计到2027 年OLED出货量将达到12.2 亿片,其装备的投资占比已超过80%并在逐年提升;微米发光二极管(Micro LED) 将步入市场前端,预计到2030 年全球Micro LED显示面板市场规模将突破千亿美元,出货量也将达到数亿片级别,其装备投资占比也将高达80%以上。针对显示产业未来的市场需求,以及当前显示面板制造核心装备国产化的诸多不足(如高世代产线投资规模大、产业链协同不足、市场需求变化、技术与市场双重挑战等),布局显示面板制造核心装备国产化关系到我国显示产业的供应链安全,保证技术主权及利润分配的掌控,同时能推动我国显示产业升级,推动科技新的增长点。显示产业的发展为装备产业积累了一定的技术基础,培养了一批人才,特别是国家相关集成电路制造专项行动为显示制造装备国产化提供了宝贵经验,加上广东省在显示产业基础、技术可行性和平台基础等方面的优势,位于广东省佛山市的季华实验室已展开行动,牵头实施了显示制造核心装备国产化的专项“璀璨行动”,布局了17 台套核心装备项目,规划用5—10 年时间完成国产化研制测试验证及产业化应用,逐步实现装备国产化的替代。

从制备到应用:InP量子点的发展与应用前景

摘要:量子点材料具有与尺寸相关的优异光学性能,如发光波长可谐调、发射半峰宽窄、激发范围宽等,应用领域广泛。然而目前主流的量子点普遍含有镉、铅等元素,不利于商业化产品发展。磷化铟(InP)量子点无重金属毒性,光谱范围可覆盖整个可见光区,具有与镉基量子点相媲美的发光和光电性能,逐渐得到关注。本文综述了近年来InP量子点的合成方法和应用方面的研究进展,首先探讨了热注入、加热、晶核生长、阳离子交换等InP量子点合成方法的优势与缺陷,然后重点介绍了目前InP量子点在照明显示、光伏、光催化和光学标记成像等领域取得的应用成果。最后,从材料合成和器件应用2个角度提出了InP量子点发展面临的挑战及可能的解决方案,以期推动InP量子点的研究和应用,为光电领域的发展提供新的思路。

电子封装铜互连线多场耦合可靠性及损伤机制的研究进展

摘要: 伴随着集成电路集成度的增加,芯片尺寸不断减小,铜互连线的尺寸也逐渐达到纳米级别,铜互连线在力、热、电多场耦合条件下的电迁移行为是影响小尺寸下其可靠性的重要因素。首先介绍了小尺寸铜互连面临的主要问题,如,电子散射及扩散阻挡层导致的电阻率的增加以及电迁移现象的加剧。其次,探讨了微观结构、宏观尺寸以及制作工艺等方面对铜互连线电迁移行为的影响,这些影响因素显著改变了铜互连线的电迁移行为及寿命; 介绍了对铜互连线进行电迁移行为及寿命预测的有限元法、相场法、熵损伤模型等模拟方法。最后,根据目前已知的影响电迁移的因素进一步指出了有望改善铜互连线的电迁移的发展策略以及研究方向,为高性能铜互连材料设计提供重要参考。

柔性可穿戴电子应变传感器的研究进展

摘要:柔性可穿戴电子应变传感器因可承受力学形变、质轻及实时监测等优点,是柔性电子领域的研究热点之一,本文从材料选择、器件结构、传感原理、疲劳失效及数值模拟等方面进行了综述。应变传感器的力电转化效率与寿命从本质上取决于导电网络演变和功能层/基底界面,需综合衡量材料的导电性和浸润性等属性,提高其传感性能。功能层结构分为螺旋、褶皱、编织、多孔及仿生五类。传感原理包括压阻、电容及压电式,其中压阻式分为断开机制、裂纹扩展及量子隧道效应。疲劳特性研究表明,交变应力会导致功能层屈曲、开裂及脱落。利用官能团改性、构建三维自交联阵列、引入拓扑结构及形成有序纳米晶畴可改善器件服役行为。疲劳失效模型归纳为拉、弯及扭转形式,在此基础上讨论了模型建立原则、力学本构关系及寿命预测精度。结合数值模拟和应变传递理论构建等效导电路径模型可揭示传感过程中的形态变化、应变分布及界面作用,实现对外界刺激的精准测量。下一步应从基底热力学稳定性、极端条件下服役行为、力电转换机制及穿戴舒适性等方面深入探究,为构建综合性能良好的传感器奠定基础。

可穿戴纤维基能源转换器件研究进展

摘要:随着智能可穿戴设备的普及,其能源供应问题愈加突出,一种绿色且高效的供能系统有待被研发。纤维基能源转换器件凭借着其优异的可集成性和宏观可调性,在柔性穿戴领域受到了越来越多的关注,有望成为解决新一代能源供给问题的有效方案。为进一步深化对纤维基能源转换方案的认识,本文主要回顾了压电、热电和磁电纤维基能源转换器件的最新研究与应用进展,重点讨论了压电纤维、热电纤维和磁电纤维的制备方法、性能分析和可穿戴应用,最后提出了纤维基能源转换器件在应用中所面临的问题与挑战,并对其未来的发展趋势进行了展望。

基于碳材料的多维度柔性应变/压力传感器的研究进展

摘要:近年来,基于碳材料的柔性应变/压力传感器发展迅速,在临床疾病诊断、健康监测、电子皮肤和软机器人等智能可穿戴领域内具有广阔的应用前景。本文综述了基于碳纳米材料和生物衍生碳材料的柔性应变/压力传感器的制备方法和性能特征。根据碳材料的维度和结构特点,可将传感器划分为三大类型:一维纤维/纱线型、二维薄膜/织物型和三维多孔/网络型。本文还重点评述了不同维度碳基柔性传感器的研究进展和存在的问题。未来柔性传感器的发展重点将聚焦于新型结构设计、综合性能提升和多模式功能化应用。