全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望

全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液,采用多层薄膜堆垛的平面结构,属于新一代的锂离子电池,在军民两用的可穿戴设备、便携式移动电源、汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔。该类电池因高安全性、长循环寿命、高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注。本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理,总结正负极、电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进,对比各类电池材料的电化学性能,引入该方向最新的研究进展:三维薄膜锂电池,可变形的柔性电池,高电压、大容量电池组。汇总国外商用电池产品、关键优势技术、电池制备设备,提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向。     

磁性多层膜微波吸收剂的制备

利用磁控溅射设备制备了Fe／SiO2磁性多层膜微波吸收剂。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)对其结构进行表征。将磁性多层膜微波吸收剂制成同轴测试样品,利用网络矢量分析仪测量电磁参数,并针对单层材料进行优化设计。结果表明,该磁性多层膜吸收剂具有较好的微波吸收效果。     

SiC/ Cu 复合材料的性能

采用磁控溅射技术制备了SiC/Cu复合材料和SiC、Cu膜.用SEM和XRD对材料的微观结构进行观察和分析,压痕测试和拉伸实验结果表明:SiC/Cu复合材料的层状结构清晰,其韧性和拉伸强度相对于SiC材料有很大提高,但显微硬度有所降低.断口分析表明:裂纹偏转、金属塑性变形、宏观桥联等是其拉伸强度提高的主要原因.     

射频磁控溅射沉积热障涂层结构特征及高温氧化性能

采用3kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积 ZrO2陶瓷层,对其组织结构与元素面分布进行了电子探针测试.对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理,研究了不同时效温度下的应力变化.测试了热障涂层高温氧化与热冲击性能,结果表明,经1100℃静态氧化100h和热冲击500次陶瓷层未剥落.     

用于微放电测试的S波段注入锁频磁控管试验研究

针对微放电测试所需大功率微波源的需求,试验研究了一种用于微放电测试的S波段注入锁频磁控管试验方法。基于注入锁频连续波磁控管的理论,试验得到了磁控管的注入锁频带宽与注入比成正比关系。改变阳极电流,得到磁控管输出功率389~1150W。通过注入锁频抑制了磁控管输出信号的边带噪声,提高注入功率拓宽了磁控管的锁频带宽,获得了高达12.6MHz的注入锁频带宽。在同时注入双频参考信号的锁频试验中,观察到了磁控管注入双锁频、杂散抑制功和功率分配的现象。该试验的结果为用于微波大功率微放电的微波源提供了试验依据。     

直流磁控溅射ZnO:Al薄膜的光电和红外发射特性

以锌、铝合金(ω(Al)=3%)为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了系列掺铝氧化锌ZnO:Al(ZAO)薄膜样品,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、霍耳效应及红外发射率测量仪等测试仪器或方法表征了样品的结构、形貌、光学、电学及红外发射特性.测得样品最低电阻率达到1.8×10^-6(Ω·m),最大禁带宽度为3.47?eV,可见光区平均透过率达到90%,8~14?μm波段平均红外发射率在0.26~0.9之间.上述特性均随衬底温度和溅射功率的变化有着规律的变化.当方块电阻小于45?Ω时,薄膜在8~14?μm波段平均红外发射率与方块电阻遵循二阶函数变化规律.     

Fabrication of Diamond-like Carbon Films by Ion Assisted Middle Frequency Unbalanced Magnetron Sputtering

Diamond-like carbon (DLC) films are deposited by the Hall ion source assisted by the mid-frequency unbalanced magnetron sput-tering technique. The effects of the substrate voltage bias, the substrate temperature, the Hall discharging current and the argon/nitrogen ratio on the DLC film’s performance were studied. The experimental results show that the film’s surface roughness, the hardness and the Young’s modulus increase firstly and then decrease with the bias voltage incrementally increases. Also when the substrate temperature rises, the surface roughness of the film varies slightly, but its hardness and Young’s modulus firstly increase followed by a sharp decrease when the temperature surpassing 120 ℃. With the Hall discharging current incrementally rising, the hardness and Young’s modulus of the film decrease and the surface roughness of the film on 316L stainless steel firstly decreased and then remains constant.     

霍尔推力器羽流对太阳翼的溅射影响规律

霍尔推力器羽流对太阳翼的溅射作用是影响翼板工作性能、卫星供能稳定性的重要因素。为深入研究霍尔推力器羽流在不同布置工况下对太阳翼的溅射影响规律,采用单元粒子/直接蒙特卡洛碰撞模型（PIC/DSMC）求解羽流等离子体的输运过程,其中对离子的扩散作用采用基于菲克定律的求解模型,并以Yamamura溅射模型来求解等离子体对太阳翼表面的溅射产额。为验证修正扩散模型后的算法精度,在真空舱内开展羽流诊断试验,以试验与计算结果的对比来修正扩散经验参数以及验证计算精度。试验结果表明,在扩散系数kd=126×10-36N·m4时,该模型计算误差在87%左右。在此基础上,对不同的推力器方位角、推力器与翼板距离工况,开展羽流对太阳翼的溅射产额计算。计算结果给出太阳翼表面溅射分布随方位角、距离增加的依变规律,并进行了相关透光率影响程度的讨论,可对推力器的星上布置提供参考依据。     

基于加速栅溅射腐蚀失效的离子推力器寿命预测

离子推力器加速栅溅射腐蚀失效是制约离子推力器寿命的关键失效模式之一.针对离子推力器长寿命、多功率条件下运行的特点,基于坑和凹槽的溅射腐蚀数据,建立模型对其进行寿命预测.通过研究离子推力器加速栅中心凹槽腐蚀深度在不同功率段下随工作时间的变化规律发现:运行功率顺序对加速栅凹槽腐蚀率影响较小,进而采用累积损伤理论建立离子推力器多功率段下运行的寿命预测模型.最后, 对美国的NASA's Evolutionary Xenon Thruster(NEXT)进行了寿命预测,预测结果寿命为46041h,与试验结果符合较好.