静电纺柔性超级电容器电极材料的研究进展

摘要:柔性超级电容器具有充放电速度快、功率密度高和能量密度高等优点,已成为智能可穿戴设备的理想供能器件。其中,优异的电化学性能和良好的柔韧性是供能器件追求的关键性能指标,而电极材料是其中的核心部分。电极材料的制备方法有沉积法、纺丝法、喷涂法、涂覆法和3D打印等,其中,纺丝法中的静电纺丝技术工艺简单、纤维形貌可控性强,且制备的纤维比表面积大、孔隙率高、柔性好,经过碳化处理后,不需要粘结剂就可直接作为超级电容器的电极材料。本文综述了近年来常规和新型静电纺柔性电极材料在超级电容器领域应用的最新研究进展,并对其进行了分类,对比了不同种类电极材料的制备方法和后处理工艺。据文献资料报道,基于静电纺纳米纤维膜碳化处理后的电极材料具有大的比表面积和含碳率,通过后处理优化材料的孔结构或者在表面负载金属氧化物,都可以很好地提升其电化学性能,实现其使用效能。除了前驱体原料外,纳米纤维的形貌、预氧化和碳化温度、升温速率,以及通过活化等后处理形成的孔结构等因素都会对电极材料的柔性产生极大影响。本文通过对电极材料的分类、对新材料的介绍,为研究人员开发和使用新材料提供一个方向。此外,本文对提升电极材料电化学性能的诸多方法以及电极材料产生柔性的原因进行了总结,可以为研究人员开发新型高效的柔性超级电容器提供帮助。

金属网格柔性透明导电薄膜研究进展

摘要:随着柔性电子器件的发展,柔性显示器、柔性太阳能电池、柔性传感器等产品已经逐步从实验室走向市场。柔性透明导电薄膜作为柔性光电器件不可或缺的重要组成部分,今后其需求量只会不断增加。目前的光电子器件逐渐向大尺寸、轻薄、柔性、可拉伸、低成本等方面发展。氧化铟锡(In-diumtion oxide,ITO)是目前使用最广泛的透明导电薄膜,但ITO制备工艺复杂,具有脆性,且铟是稀有金属,储量少,价格昂贵。因此,研制可替代ITO的高性能柔性透明导电薄膜越来越迫切。目前已有研究人员研制出多种可替代ITO的柔性透明导电薄膜,其中基于金属网格的柔性透明导电薄膜是替代ITO的有力竞争者。金属网格柔性透明导电薄膜展示了极好的光电性能和机械灵活性。它最吸引人的地方在于可以独立改变金属网格的线宽和间距,从而在调节薄膜方阻和透光率方面表现出更好的权衡性。目前,已有大量的研究人员研制出可与ITO 媲美的金属网格柔性透明导电薄膜。多数研究者通过光刻技术制作出母版,再结合化学镀或电沉积技术进行导电薄膜制作。以光刻技术为基础制备的柔性透明导电薄膜性能良好,但光刻工艺复杂而且设备昂贵。还有研究人员通过其他技术进行研究,如印刷增材制造技术、静电纺丝技术、光子烧结、模板法等,制备的柔性透明导电薄膜性能良好。其中基于印刷增材制造技术制备的柔性透明导电薄膜已经在触摸屏领域实现产业化,有望进一步发展。本文综述了金属网格柔性透明导电薄膜的研究进展及在光电器件中的应用,包括有机太阳能电池、有机发光二极管等,具体讨论了金属网格透明导电薄膜的基本特性、光电性能、制造技术和器件应用,并点明了其制备方法的优劣性,以期为后续的研究提供参考。

可穿戴热电发电器的研究进展

摘要:人体的能量大部分以热量的形式释放,其与外界的温差平均约5~30℃,因此体热可以很好地作为热电发电器的热源。与传统发电器相比,可穿戴热电发电器将人体所散发的低品位热量转化为有效电能,有可能为一些功率要求小于毫瓦级的无线传感器节点提供足够的能量,同时还具备无污染、轻便、稳定等特性,因此越来越受到关注。目前柔性可穿戴热电发电器的研究主要聚焦基于块体型热电材料、基于薄膜状型热电材料和基于纺织织物型热电材料的三大类热电发电器。其中,块体型热电发电器的输出功率一般为每平方厘米几十微瓦,热电臂材料主要为室温热电性能较高的碲化铋基合金,研究重点在于提升这类器件的输出性能和柔性。薄膜型热电发电器的输出功率一般在每平方厘米纳瓦和微瓦之间,按结构可分为水平型和垂直型,常见的水平型器件包含串联型、堆积与卷起型和折叠型,通常会产生较大的输出电压;而垂直型器件单位面积的热电臂对数增多,会产生较大的功率密度。纺织织物型热电发电器输出功率较小,但是具有优良的拉伸、弯曲和面内剪切性能,可以适应3D变形,更适合在弯曲的人体皮肤表面收集热量。本文综述了以上三大类主流的柔性可穿戴热电发电器的研究状况,并从设计、结构和性能方面分析了各类热电发电器的优缺点。

有机电致发光二极管蓝光材料的研究进展

摘要:有机电致发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)在显示和照明领域中应用潜力巨大。蓝光作为三基色之一,是OLED 中不可或缺的一部分。但是,蓝光材料禁带宽度大,所需激发能量过高,容易影响蓝光器件的效率与寿命,这限制了OLED的发展和应用。因此,发展高效、稳定的纯蓝光材料是实现低成本、高质量、长寿命商业化OLED 的前提。本文综述了具有100%内量子效率的磷光蓝光材料和热活化延迟荧光材料的最新发展。同时,针对使用二元共混发光层系统的溶液处理存在的结晶性、相分离、基体材料选择以及精确控制掺杂剂浓度等问题,探究了蒽类发光材料、聚集诱导延迟荧光以及“热激子”材料作为非掺杂发光层材料在OLED领域的发展。本文系统综述了蓝光OLED研究的最新进展,为开发稳定、纯蓝的电致发光材料提供多种思路和借鉴。

液晶高分子聚合物的类型、加工、应用综述

摘要:液晶高分子(LCP),简单可分为溶致LCP、热致LCP,其在一定条件下以液晶相存在,有独特的分子取向,兼容高分子、液晶特性。LCP具有高耐热、高模量、低熔融粘度、极小的热膨胀系数、低介电损耗、高机械强度等优异的力学性能、介电性能、光学性能,可广泛应用于高频高速电子通讯、生物医用、复合材料等领域。与聚乙烯、聚丙烯等通用塑性聚合物相比,LCP成型工艺还不够完善,尚有许多问题亟需解决,如填料填充、加工温度、相容性等因素如何影响挤出成型产品性能,理论模型、循环加工次数、相容性等如何影响注塑成型产品性能,拉伸比、加热参数等如何影响纤维产品力学性能。此外,LCP在具体领域应用也存在较多问题,如印制电路板(PCB)加工、表面处理等如何对通信领域的信号产生影响,加工条件、自增强纤维化能力等如何对复合材料性能产生影响,以及生物医学、光学、记忆材料、导热等领域应用的可行性如何等。大量研究结果表明,LCP含量、剪切速率、加工温度、无机填料含量等因素对LCP挤出制品的模量、电阻率、相容性等有影响,增强材料类型、熔融粘度、LCP含量等因素能明显提高LCP复合材料的力学性能。通信领域,LCP在30~110GHz的介电损耗角正切(Df)小于0.0048,进一步优化LCP的PCB加工参数、表面处理,制备的天线具有宽带宽、高效连接等优异性能;生物医用领域,LCP可作为抗原检测、传感器、神经网络的有效组件;复合材料领域,引入LCP、调节加工参数,可使复合材料的力学性能大幅提升。此外,LCP在记忆、光学、导热方面也有较多应用探索。本文对LCP分类进行了介绍,对LCP的挤出工艺、注塑工艺、纺丝工艺进行了说明,对LCP在通讯、生物医用、复合材料等领域进行了综述,并展望了该材料的发展前景。

光敏聚酰亚胺:低温固化设计策略

摘要:扇出型晶圆级封装(FOWLP)由于在成本、尺寸、输入/输出密度等方面有更优化的解决方案而备受关注。随着封装厚度的薄型化,作为其中再布线层介电材料的光敏聚酰亚胺也面临着新的要求: 更低介电常数、更低热膨胀系数、更低残余应力、更低固化温度等。FOWLP面临的问题主要是晶圆翘曲,减少封装工艺热预算可有效降低封装中金属材料与介电材料之间因热力学性质差异所导致的应力集中。由此,光敏聚酰亚胺需首要解决的即是传统体系在固化温度方面的限制(>300℃) 。本文从聚酰亚胺合成过程角度综述了近些年来在降低光敏聚酰亚胺固化温度方面的研究进展及发展现状,介绍了基于聚酰胺酸、聚异酰亚胺、可溶性聚酰亚胺低温固化体系的优劣势,最后展望了低温固化体系的进一步发展趋势。

基于二维材料的柔性可穿戴传感器件研究进展

摘要:柔性可穿戴传感器是附着于人体皮肤或组织上的监测装置,可以持续监测和量化特定微环境变化所产生的电信号或化学信号,在医学诊断和治疗方面具有广泛的应前景。二维材料具有原子薄层的平面结构、优异的机械柔性和电学性能,非常适合用于构建可穿戴传感器。近年来,基于二维材料的柔性传感器在材料制备、工艺设计和设备集成等方面取得了巨大的进展。本文首先综述了二维材料在柔性可穿戴传感器应用上的最新研究进展,概括了基于二维材料的可穿戴传感器在物理、化学和生物信号检测方面的应用。另外,详细介绍了包括多模态传感在内的二维材料集成器件。最后,讨论了二维材料柔性可穿戴传感器在实际应用中所面临的问题和挑战,并对基于二维材料的可穿戴传感器的发展前景作出了展望。

面向集成电路产业的电子电镀研究方法

摘要:电子电镀是集成电路等高端电子制造产业的核心技术之一, 其技术特点和难点在于在微纳米尺度通孔、盲孔、沟槽等限域空间内部实现金属镀层的均匀增厚或致密填充。然而, 我国针对面向集成电路制造产业的微纳尺度电子电镀过程中的金属电沉积的表界面反应过程、添加剂的分子作用机制及其协同作用、以及镀层的理化结构与电学性能之间的构效关系的基础研究十分薄弱, 缺乏系统和成熟的理论体系和研究方法。结合厦门大学电镀学科多年的科研工作, 本文拟归纳微纳米尺度电子电镀的关键科学问题和技术难点, 介绍电子电镀镀液体系的发展, 梳理电子电镀的经典电化学研究方法和电化学原位先进研究方法, 展望电子电镀工况研究方法的必要性和紧迫性, 希望助力发展先进的电子电镀研究方法, 推动电子电镀基础理论和工艺技术研究的进步。

芯片高密度互连电子电镀成形与性能调控技术研究

摘要:信息技术的飞速发展, 对芯片性能提出了越来越高的要求, 芯片中晶体管和电子互连的密度也在不断增加。电子电镀是大马士革以及芯片封装电子互连的主要成形方法, 互连密度的提高对于电子电镀成形工艺及性能调控方法提出了许多新的要求。本文概述了本团队近几年在芯片高密度互连的电子电镀成形方法以及性能调控方面的研究成果, 主要包括3D TSV垂直互连及大马士革互连的填充及后处理工艺、高密度凸点电镀成形方法及互连界面可靠性研究、特殊结构微纳互连的制备及性能调控方法、微纳针锥结构低温固态键合方法、水相化学及电化学接枝有机绝缘膜等工作, 以期对芯片电子电镀领域的研究带来启迪, 推动芯片高密度互连技术的发展。

人工智能与计算化学: 电子电镀表界面研究的新视角

摘要:电子电镀是以芯片为代表的高端电子制造业核心技术之一, 其过程耦合了宏观多场作用下的物质传输与微观界面电化学过程, 且受动力学影响。如何利用计算化学的方法来研究其中的电沉积是一个挑战。电极与电镀液构成的界面是电镀过程重要的反应场所, 明确电子电镀表界面的双电层结构以及电沉积作用机理能够加快镀液配方的研发效率。本文重点介绍适用于电子电镀表界面机理研究的各类计算方法, 包括分子动力学模拟、数值仿真和数据驱动方法, 以启发读者充分利用人工智能的技术优势, 将适用于各种研究尺度的计算化学方法积极应用到电子电镀表界面基础研究中。