柔性热电薄膜器件的研究进展

针对柔性热电薄膜器件的最新研究进展,从柔性基底、热电材料、薄膜沉积工艺、过渡层的引入和器件设计等几个方面归纳总结了在热电器件制作过程中材料和工艺选择方面应注意的问题。对各类柔性热电薄膜器件的性能对比分析表明:目前性能最佳的柔性器件采用的材料是(Bi,Sb)2Te3类合金,其单个热电偶对在1K的温差下可输出0.1~0.3mV的电压;在内阻足够低的条件下,单个热电偶对在1K温差下的输出电压与热电材料的Seebeck系数相等;增加热电薄膜的厚度能够有效地降低热电偶对的内阻,进而提高器件的输出电压。     

NASICON固体电解质SO2传感器的特性研究

采用溶胶-凝胶法合成NASICON固体电解质材料,并以其为基体材料制作管式SO2传感器,敏感电极采用Na2SO3-30?SO4或者Na2SO4-30?SO4(摩尔比)复合硫酸盐.SO2浓度在(10～100)×10-6体积分数范围内,两种器件的灵敏度分别为81.1和60.6mV/decade.敏感电极为Na2SO3-30?SO4的元件响应和恢复时间分别为28.2 s和57.7 s;敏感电极为Na2SO4-30?SO4的元件响应和恢复时间分别为39.8 s和67.4 s.     

离子电子系统辐射与星际航行光电能起伏

本文从量子辐射理论中的路径积分方法出发,利用非弹性散射能量小于分子热运动能量这一条件,得出了散射矩阵元,并由系统平衡相关性得出了氢离子和电子系统的辐射系数。结果表明:近热星体辐射场有可能对激光吸收峰处于紫区的半导体 CMS 结构产生稳定的光电转换。而星际航行中的光电起伏正是由于 GaAs-Au 和 GaAs_(1-x)P_x-Au 等光电转换系统的光谱响应向大于4600区域转移的结果。本文的方法和结果对一般航天中的光电转换稳定性问题和热辐射光源光电转换问题也是有效的。     

锂离子电池新型三维纳米结构负极研究进展

高性能锂离子电池在微/小型侦察机和空间飞行器等应用中有重要意义。构建三维纳米结构负极,是提高锂离子电池性能的有效方法。综述了国内外锂离子电池新型三维纳米结构负极材料的发展,将其分为3种类型,分别是三维纳米多孔结构、三维纳米阵列结构和三维纳米网络结构。涉及的材料包括碳类材料、合金类材料与过渡金属氧化物材料。相对于传统二维平面负极,三维纳米结构电极可以减小离子迁移距离、增加电极/电解液界面面积、缓冲活性材料充放电体积变化,从而可以提高材料的储能容量,提高电极的循环稳定性,改善电极的倍率性能。     

纳米银浆低温烧结工艺及应用可靠性

为了探索纳米银浆在大功率器件组装中的应用可靠性，亟待获得纳米银浆的烧结特性和热力学性能。本文对不同烧结温度、烧结时间、升温速率、烧结方式的纳米银浆样件烧结强度，结合烧结形貌进行了系统研究，并与航天电子产品中常规的互连材料Au80Sn20焊料、Sn90.5Ag3Cu0.5焊料以及H20E导电胶的散热性进行了对比分析。研究结果表明：采用可控升温速率空气氛围的烧结方式，在200 ℃下保温90 min，银浆样件的剪切强度最高可达40 MPa。纳米银浆导热性能与Au80Sn20相当，明显高于H20E和SAC305。在经历严酷的热应力和机械应力试验后，其剪切强度保持稳定，因此纳米银浆作为高导热连接材料在宇航大功率器件组装中具有良好的应用前景。     

基于二维纳米碳电极的离子液体基超级电容器

离子液体基超级电容器由于具有宽电压窗口、高能量密度而被广泛关注。二维碳基材料具有大比表面积、短离子传输距离被认为是最理想的超级电容器电极材料。阐述了3种二维碳基材料为电极,分别是多孔互通的功能化石墨烯、多孔碳纳米片、类石墨烯氮掺杂碳纳米片,分别匹配了不同的离子液体为电解液,所组装的超级电容器呈现出高能量-高功率与高循环稳定性协同输出。实现了超级电容器桥接商用二次电池和电解电容器之间的能量-功率带。     

等离子体Ag/TiO2-x光阳极用于光电催化分解水

环境污染和破坏以及缺乏足够的清洁能源是目前全球范围内面临的严重的问题。半导体光催化材料因其可以利用太阳能且催化效率高等优点受到广泛关注,是当前研究的热点。二氧化钛(TiO₂)具有良好的化学稳定性和环境兼容性,是传统半导体光催化材料之一。然而,其仍存在如催化活性易受光生载流子复合的影响及对太阳光的利用率低等缺陷。为了改善TiO₂的光电催化性能,使用硼氢化钠(NaBH4)氢化处理以及复合等离子体金属银(Ag)纳米粒子的方法制备得到Ag/TiO₂-x异质结构。借助SEM、TEM、XRD、XPS和固体紫外—可见漫反射测试手段对样品的形貌、结构、组成、表面元素以及光吸收性能进行表征。通过光电流密度、电化学阻抗谱以及光电转换效率(IPCE)对样品的光电活性进行测试,结果表明,Ag/TiO_2-x异质结构的光电流密度约为TiO₂的5倍,且具有较小的阻抗以及较高的IPCE活性。因此,富缺陷TiO₂-x和等离子体金属Ag纳米粒子的协同作用能促进其光电催化性能的提升。     

再入钝锥体烧蚀热防护内部热响应的数值仿真

研究了烧蚀热防护系统内部热响应的计算模型和计算方法.采用碳化层-热解面-原始材料层模型,建立碳基材料内部热响应物理模型和数学模型,利用有限元法分析和计算再入目标热防护系统轴对称内部热响应.着重研究和分析了轴对称烧蚀过程中热解气体质量流率计算方法和传热机制.将热解气体与碳化层之间的对流换热处理为源项,通过保证刚度矩阵和形函数矩阵的正定对称性可以加速温度场计算收敛.计算表明:热解气体的质量流量主要由厚度方向构成,占80%以上;头部驻点附近最大烧蚀厚度接近10mm,需要采用抗烧蚀能力强的碳-碳材料,身部烧蚀量小于2mm,可以采用密度较小的碳-酚醛材料.      

集成固态显示

大多数人选用一种小的光电检测器或嵌镶光电阴极方式的光致器件作为固态器件来代替电子束成象或显示管,此固态器件由诸如移位寄存器的电路来寻访和激励。但此类系统需要许多复杂的电路来寻访嵌镶光电阴极。现在,在成象和显示方面存在着一种新的趋向,它要简单得多,而又直接。此方法是利用光和一种通过半导体晶体的狭的高电场畴之间的相互作用而组成的。上述的相互作用在显示时会产生一种图象的线元来响应电输入。而在成象器件中,它     

Ⅲ族元素掺杂对Mg3Sb1.5Bi0.5合金热电性能的影响

中温区Mg₃(Sb, Bi)₂基热电材料因其特殊的导带结构和复杂的晶体结构，以及无毒廉价等优点而极具应用前景，对Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金进行施主掺杂获得n型传导特性是重要的性能优化手段之一。采用第一性原理进行计算和定向凝固进行实验，对Sc、Y和Al取代Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金不同Mg位的缺陷形成能和电子结构进行了分析，结合实验测试结果讨论其对载流子传输性能参数的影响。结果表明：ⅢB族的Sc和Y优先取代Mg1位，而ⅢA族的Al倾向于取代Mg2位，不同掺杂元素均使Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金的Fermi能级向导带偏移，载流子浓度和电导率值增大。Sc和Y元素还可通过改变导带底能带的曲率来改变载流子有效质量，Seebeck系数更大。其中，Sc掺杂对导带底的影响可以使Seebeck系数和迁移率更加均衡，从而使电子传输性能最佳，相应的功率因子最大...     

FTO基银纳米线电极的制备及电催化氧化甲醛的性能研究

为了增强银纳米线与基材的结合性和提高银纳米线在基材上分布的规整性,采用恒电压沉积法,以改进的阳极氧化铝/聚乙烯醇/氟掺杂氧化锡(AAO/PVA/FTO)为模板,制备出具有不同形貌和尺寸的FTO基纳米银电极。场发射扫描电子显微镜(Field Emission Scanning Electron Microscopy,FESEM)研究结果表明沉积60min时的产物为生长在PVA膜上的长度为20~25μm的FTO基银纳米线阵列。进行了该电极对低浓度甲醛催化氧化的研究,实现了对甲醛浓度在0.1~3.7mmol/L范围的检测,检测灵敏度为48.966 0μA·cm-2·(mmol/L)-1,检测限为6.48×10-3 mmol/L。与乙醛、乙醇和丁醇相比,该电极对甲醛的选择性好,并且制备方法简便,有望作为低浓度甲醛检测传感器。     

NPL改进的光谱响应标准（400nm～20μm）（二）

（上接1998年第18卷第5期第42页）21～20um红外光谱响应率标准红外光谱响应率标准是通过两台对应两种类型的主标准探测器建立起来的。连续的相对光谱响应标准由一个响应率无波长选择性的空腔型热释电探测器建立起来的。绝对光谱响应率标难是通过使用激光辐射和一个热电堆辐射计作传递标准,同NPL基本标准低温辐射计绝对光谱响应率点进行比较得到的。空腔热释电探测器剖面图如图3所示。它由一个大面积（lmm直径）涂黑的热释电探测器装在一个25mm直径的半球型反射腔中间构成。Gillham使用相似的探测器进行了实验,Day等分析了其特性。加上反…     

钼钛锆高温合金的电火花加工工艺研究

针对钼钛锆这一耐高温材料在航天动力系统中的特殊加工需求,开展了电火花加工钼钛锆合金的工艺特性研究.采用DOE的方法,设计了25-1析因试验对放电参数进行筛选,得到对加工效果有显著影响的3个参数;在此基础上设计了响应曲面试验,探讨了包括脉宽、占空比和峰值电流等放电参数对材料去除率和电极相对损耗率的影响,并且拟合得到了材料去除率和相对电极损耗率的推荐公式和响应曲面图.通过分析试验结果表明:(1)材料去除率受峰值电流变化的影响最明显,并且脉宽与占空比呈现一定的交互关系;(2)电极相对损耗率受峰值电流变化影响不明显,受脉宽和占空比变化影响大,而且两者呈现一定的交互关系.     

复合材料在红外隐身技术中的应用

根据红外隐身原理,将应用于红外隐身技术的复合材料进行分类阐述,分析复合材料在红外隐身技术中的地位和应用前景,并着重介绍了本实验室在基于热电制冷器（TEC）的智能温控复合材料系统方面的研究成果。研制了针对不同具体应用条件的多种智能温控复合材料系统;建立了智能温控复合材料系统的制冷性能理论计算模型;并考察TEC热电元件臂长、TEC热端散热方式等因素对系统温控效果的影响,进一步优化了智能温控效果,使该智能温控材料能够根据设定温度的复杂变化做出快速响应。最后对智能温控复合材料在红外隐身技术中的应用进行了总结和展望。     

一种基于碳黑/聚四乙烯吡啶纳米复合物的新型湿度传感器

以4-羟-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为引发剂,通过本体聚合方法制备聚四乙烯吡啶(P4VP)接枝纳米碳黑(CB)复合材料,以溴丁烷和1,4-二溴丁烷分别与之进行季胺化和交联季胺化反应,制得了新型电阻型湿敏材料.测试了该类纳米复合湿敏材料的温度响应特性,发现其在低湿环境下也具有较好的导电性,而且材料的导电行为同时存在离子导电和电子导电两种机理.通过改变碳黑与聚合物的相对比例,使聚合物产生季胺化以及交联季胺化反应等,可以调控两种导电机理的复合材料在电响应中所起的作用,从而改变其湿敏响应特性,制备可以全程响应的电阻型湿度传感器.     

Al2 O3 掺杂对SiO2 纳米透波/ 隔热材料性能的影响

在溶胶-凝胶过程中加入纳米Al2O3 颗粒制备Al2O3 掺杂的SiO2 纳米透波/ 隔热材料,研究了

Al2O3 掺杂对材料高温热稳定性、介电性能及隔热性能的影响。结果表明,Al2O3 掺杂阻碍了SiO2 颗粒之间的

烧结,提高了材料的使用温度;材料介电常数符合Lichtenecker 对数法则;室温热导率略有提高,通过组合结构

改善了材料的隔热性能。

     

碳纳米管/苯乙烯-4-乙烯基吡啶共聚物纳米复合材料的气敏特性研究

纳米管(CNTs)是一类新型的纳米功能材料.它具有大的比表面积,利于气体的吸附,而与吸附气体的相互作用又常可使其电学性能发生明显变化,为此它的气体敏感特性研究引起了广泛注意.碳纳米管与聚合物材料复合,可以进一步改善其气敏响应特性,提高响应的灵敏度以及可回复性,当选择适当的聚合物复合时,还可使其对检测气体产生选择性响应.但目前这方面报道尚不多见.     

再入飞行器烧蚀热防护一体化计算方法

针对再入飞行器烧蚀热防护系统烧蚀与瞬态温度耦合响应预测问题,提出了一体化计算方法,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供包括气动热、烧蚀后退、瞬态温度响应在内的动态响应预测依据。该方法采用Sutton-Graves和Tauber-Sutton理论计算驻点的对流热流和辐射热流,通过表面能量平衡整合具有较高精度的烧蚀模型,并通过Landau变换简化烧蚀后退带来的节点删除过程并保证空间离散精度,最后求解瞬态有限差分热传导方程获得烧蚀热防护系统的热环境、烧蚀过程和温度响应。通过对比计算碳-碳材料钝头体地球再入过程和酚醛浸渍基碳烧蚀体（PICA）材料电弧风洞烧蚀模拟,对该方法对于不同材料体系的适用性进行了验证。计算结果表明：对于密度较高的碳-碳材料,本文计算结果与经典的热平衡积分法吻合较好,偏差在7%以内;而对于低密度材料（如烧蚀性能对压力高度敏感的PICA材料）,随着热流和压力的增大,预测偏差逐渐增大。所提出的方法实现了气动热、烧蚀、瞬态温度响应耦合过程的一体化计算,在保证精度的前提下实现快速计算分析,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供依据。     

隔热背腔式柔性热膜探头微加工技术

为了进一步提高器件性能,提出了一种新型的隔热背腔式柔性热膜传感器探头结构。借助流体传热耦合仿真和动态响应分析等,确定了背腔结构参数。研发了针对隔热背腔式柔性热膜探头的双面图形化微加工工艺,获得了新型传感器件。对静动态特性进行了对比测试,结果表明,在相同的输入被测量情况下,新结构器件的输出信号量值提高了20%,时间常数由400μs减小到220μs,器件的灵敏度和动态响应性能都获得了有效提升。     

隔热背腔式柔性热膜探头的设计及其微加工

为了进一步提高器件性能,设计一种新型隔热背腔式柔性热膜传感器探头结构。借助流体传热耦合仿真和动态响应分析等,确定背腔结构参数;研发针对隔热背腔式柔性热膜探头的双面图形化微加工工艺,获得新型传感器件。对静／动态特性进行对比测试,结果表明：在相同的输入被测量情况下,新结构器件的输出信号量值提高了20％,时间常数由400μs减小到220μs,器件的灵敏度和动态响应性能都获得了有效提升。