纳米发电机应用: 新型高压电源技术

摘要:摩擦电纳米发电机(TENG), 作为一种新兴的能量收集技术, 在过去十年中取得了快速进展. 除了微纳能源和自驱动传感等应用, 高电压和低电流的输出特性促进TENGs作为新型高压电源开创了一系列卓有成效的应用.对于TENGs, 实现数百甚至数千伏的电压输出相对容易, 而电流输出可保持在几微安的量级, 这为开发安全的高压应用带来了机遇, 如等离子体激发、流体和颗粒操控、空气净化、杀菌消毒等. 此综述介绍了TENGs产生电压的基本理论, 并总结了将TENGs电压提升至数万伏的策略, 还详细评述了这些高压TENGs(HV-TENGs)在物理、化学和生物领域的应用. 最后, 讨论了TE-TENGs将来可能面临的机遇和挑战.

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。

基于光热转换的光驱动柔性致动器

摘要:柔性致动器作为一种新型能量转化器件,能够将外部环境的光、热、电、湿度等能量转化为机械能。它具有轻量化、小型化和智能化等特点,在人造肌肉、微型机械臂和柔性机器人等领域中逐渐得到广泛应用。其中,光驱动柔性致动器由于具有非接触式操作、快速响应、可编程和多功能性等优势,受到了众多研究学者的关注。本文旨在系统总结光热转换材料在柔性致动器中的最新研究进展。首先介绍柔性基底的选择,其次讨论不同类型光热转换机制的光热转换材料,探讨这些材料的基本特性及其在柔性致动器中的具体应用,如柔性机器人、柔性抓取器和振荡器等。最后分析当前柔性致动器设计所面临的挑战并对未来研究可能存在的问题及其潜在解决方案给予讨论,以期为光热转换材料在柔性致动器中的应用提供参考。

无凸点混合键合三维集成技术研究进展

摘要:数字经济时代,高密度、低延迟、多功能的芯片是推动人工智能、大模型训练、物联网等高算力需求与应用落地的基石。引线键合以及钎料凸点的倒装焊存在大寄生电容、高功耗、大尺寸等问题,使传统封装难以满足窄节距、低功耗、小尺寸的应用场景。无凸点混合键合技术能够实现极窄节距的互连,在有效避免倒装焊凸点之间桥连短路的同时降低了寄生电容,减小了封装尺寸和功耗,满足了高性能计算对高带宽、多功能的要求。对无凸点混合键合技术所采用的材料、键合工艺与方法以及当前在三维集成中的应用展开介绍,并对其发展趋势进行了展望。

量子计算机的现状与发展

摘要:量子计算是一场信息和计算领域的深刻变革,有望重塑未来的计算范式。文章追溯了量子计算从理论奠基与思想萌芽、算法突破、实验探索与硬件起步到当前“含噪声的中等规模量子”时代的4 个发展阶段,系统阐述了量子比特、量子叠加和量子纠缠等核心物理原理。详细梳理并比较了超导、离子阱、光量子及中性原子的主要硬件研发技术路线,分析了其在规模、质量和连接性上的不同权衡。在此基础上,深入探讨了量子计算面临的三大核心挑战:对抗环境噪声与退相干、实现高开销的量子纠错及解决系统扩展的工程瓶颈。进一步聚焦产业化进程,剖析了量子计算云平台的发展模式,并重点论述了从松耦合到“量超融合”的量子-经典混合计算架构,认为这是通往实用性量子优势的关键路径。立足全球趋势与我国国情,提出了以容错为长远目标、软硬件生态协同发展、加速量超融合落地等发展建议,以期为我国在该领域的战略规划提供参考。

半导体材料闪烧机理及制备研究进展

摘要:半导体材料作为工程材料和光电材料的重要组成部分,在新能源、通信电子、生物医疗、航空航天等领域具有广泛的应用前景。但半导体材料多为离子键或共价键化合物,采用传统烧结工艺制备致密陶瓷材料所需的烧结温度较高,保温时间较长,不可避免地会引起晶粒粗化及气孔残留,进而影响陶瓷材料的各项性能。目前,低温烧结制备半导体材料引起了研究人员的广泛关注,闪烧技术制备陶瓷材料成为其中的研究热点。本文立足理论与应用两方面,系统综述了半导体材料闪烧技术的研究进展,阐述了该烧结新技术在高性能半导体材料制备过程中的优势及应用前景,以期为闪烧技术的机理、工艺优化及应用拓展提供研究方向。

脑机接口柔性电极材料研究进展

摘要:脑机接口作为人机交互的一个重要方向,在医疗健康、体能增效、航空航天、智能交通、娱乐游戏等领域具有广泛的应用价值。柔性电极是脑机接口的重要组成,也是脑机接口技术实现的关键。近年来,各种以脑机接口为需求背景的柔性电极材料不断涌现。对非侵入式、侵入式和半侵入式等3类脑机接口柔性电极材料的研究进展进行归纳和总结,对存在的问题和挑战进行分析,并对各种柔性电极材料在脑机接口领域的应用前景进行展望。

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%。

OLED产业化历程与问题分析

摘要:OLED技术以其自发光性能被认为具有轻薄、可柔性、高对比度、快速响应、高色域、宽视角、低功耗、低成本等优势。在手机上开始大规模应用后,历经10 多年时间虽然规模大幅提升,但其他应用仍未有太多进展。本文通过对OLED已量产方案的性能分析以及与LCD的对比,发现一方面预期的OLED性能优势在产品上没有完全发挥,另一方面现有技术方案已经在设计和工艺上趋于极致。因此在向更大尺寸其他应用拓展方面,OLED必须在设计和工艺技术上有较大突破。

光电功能晶体材料研究进展

摘要: 光电功能晶体, 包括激光晶体、非线性光学晶体、电光晶体、介电体超晶格、闪烁晶体和PMN-PT 驰豫电单晶等,在高技术发展中具有不可替代的重要作用。近年来, 我国在这些重要晶体材料的生长、基础研究和应用方面都获得了很大成绩。综述了光电功能晶体材料研究和应用的部分进展。在此基础上, 提出进一步发展晶体理论, 扩大理论的应用范围, 注重晶体生长基本理论研究, 发展新的晶体生长方法和技术, 加强晶体生长设备研制, 加强晶体从原料到加工、后处理、检测及镀膜等全过程的结合等建议, 以全面提高我国光电功能晶体研究发展及其产业化水平。