- 肖谧;赵霆武;赵美莲;
超级电容器的出现为储能带来了新的选择,目前广泛应用于能源交通、航空航天、电子科技等领域,大大提高了科技发展水平和人民生活质量。为进一步提高超级电容器的性能,制备具有分层结构的复合电极材料成为人们研究的重点。在复合电极材料中,处于基底和顶层材料之间的中间层材料应具有良好的结构,用于支撑复合电极整体的稳定性,而顶层材料应具有足够高的理论容量提供整体材料的电化学性能,将具有以上性质的材料进行复合制备具有分层结构的电极,将大大提高整体材料的电化学性能。本文根据材料的不同,分类介绍了目前在实际研究中应用较为广泛、电气性能较为理想的中间层材料和顶层材料,可为超级电容器电极材料性能的进一步提升提供理论依据。
2021年05期 v.40;No.351 393-405+413页 [查看摘要][在线阅读][下载 2803K] [下载次数：288 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 马新龙;王雪杰;李圣平;
商业活性炭(Commercial Activated Carbon, CAC)具有很高的比表面积和理论电容量,但由于其单一的微孔结构不利于高电流下离子的扩散和传输,因而导致CAC基电容器的倍率性能较差。实验表明,通过将富含介孔的炭黑(Carbon Black, CB)与CAC以质量比3∶7混合,能够得到兼具微孔和介孔的多级孔碳复合材料,该复合材料的比表面积为1120 m~2·g~(-1)。将此多级孔碳复合材料制作成超级电容器的电极材料,KOH作为电解液,在1 A·g~(-1)电流密度下的比容量高达182 F·g~(-1)。在倍率性能测试方面,该多级孔碳电极在1～50 A·g~(-1)电流密度下的容量保持率为78%,呈现出优异的倍率性能。即使是在10 mg·cm~(-2)的电极负载量条件下,该多级孔碳复合材料电极在10 A·g~(-1)的电流密度下循环8000圈后,容量保持率仍高达96%。因此该多级孔碳复合材料具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。同时,这一简单高效的复合策略可以为多级孔碳复合材料的结构设计提供新的思路。
2021年05期 v.40;No.351 406-413页 [查看摘要][在线阅读][下载 2413K] [下载次数：375 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 郭德超;何凤荣;郭义敏;张啟文;韩莉珺;
采用化学刻蚀铝箔、交流电刻蚀铝箔、微孔贯穿铝箔和涂炭铝箔分别作为超级电容器的集流体,通过扫描电镜、纸张拉力仪对铝箔的表面结构、力学性能进行了测试,并研究对比了铝箔对超级电容器及电极片的截面形貌、剥离强度、电极方阻、倍率性能和循环寿命的影响。结果表明,以交流电刻蚀铝箔为集流体的超级电容器在电极剥离强度、方阻等方面相比化学刻蚀铝箔更具优势,这得益于其更发达的腐蚀坑洞;以涂炭铝箔为集流体的超级电容器具有最小的直流内阻,倍率性能最佳,在50C倍率下的容量保持率为97.3%,经100万次循环后容量保持率达到86.23%。
2021年05期 v.40;No.351 414-419页 [查看摘要][在线阅读][下载 1563K] [下载次数：633 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：3 ] - 姚道生;杨迎亚;何凤荣;黄宏亮;肖远龙;
采用极化曲线、SEM、容量测试和密度泛函理论研究了HNO_3扩孔液中微量的H_2SO_4对高压铝箔直流腐蚀的影响,同时考察了Ba~(2+)去除SO_4~(2-)的效果。结果表明,微量H_2SO_4(10 mg·L~(-1))能显著改变铝箔表面的极化行为,抑制铝箔的腐蚀。由于SO_4~(2-)与Al~(3+)有很强的结合能力,在电场作用下,微量SO_4~(2-)往孔内迁移,抑制Al_2(SO_4)_3钝化膜的溶解,进而压制了内部孔中铝的溶解。而且随着H_2SO_4含量增加,内部孔洞尺寸变小,导致腐蚀箔比容逐渐衰减。另外,Ba~(2+)只能处理SO_4~(2-)浓度高于100 mg·L~(-1)的高温HNO_3电解液。
2021年05期 v.40;No.351 420-424页 [查看摘要][在线阅读][下载 537K] [下载次数：93 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：1 ] - 董晓红;黄勇;武玉柱;曹长虹;张佳;
通过阳极氧化法将高压腐蚀箔在磷酸水溶液中低温氧化形成前置氧化多孔膜,在前置氧化膜的基础上采用低温、低浓度的硼酸或氢氧化钠溶液进行小电流化成,可制备长寿命铝电解电容器用化成箔。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明:高压腐蚀箔在前置氧化膜基础上形成的化成箔表面氧化膜为较疏松的无定型氧化膜。经过电容器老练对比试验表明,化成箔中无定型氧化膜更容易被电容器中电解液修复,并且在老练和耐久性试验时的高温作用下,疏松的无定型氧化膜可以部分转化为致密的晶型氧化膜(γ~1-Al_2O_3),使电容器容量得到提升,损耗和漏电流长时间保持稳定,电容器的性能得到较大改善。
2021年05期 v.40;No.351 425-429页 [查看摘要][在线阅读][下载 852K] [下载次数：443 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：1 ] - 董晓红;尹君驰;黄勇;刘克毅;武玉柱;
化成箔是铝电解电容器的关键原材料,要制造超高压铝电解电容器,必须提供超高压化成箔。通过在阳极铝箔上预形成一定厚度的多孔膜阻挡层,经过封孔后进行多级高压阳极氧化,形成了超高压(1000 V以上)化成箔。借助扫描电子显微镜(SEM)对氧化膜厚度进行测量,研究了不同氧化条件对多孔膜的厚度的影响以及对化成箔耐压值的影响。通过IR红外光谱和X射线衍射图谱测试分析发现,铝箔表面氧化膜中含有无定形Al(OH)_3、γ~1-Al_2O_3、三水氧化铝。研究结果表明:在一定范围内,伴随着氧化时间的增加、氧化温度的升高,多孔膜的厚度值则越大;该方法克服了传统工艺的局限性,取得了超高压化成箔制备工艺的技术突破。
2021年05期 v.40;No.351 430-435页 [查看摘要][在线阅读][下载 1434K] [下载次数：570 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：1 ] - 吕根品;闫小宇;黄宏亮;方铭清;肖远龙;
采用密度泛函理论计算了15种阴离子与Al~(3+)的结合能E_(b1)及5种铝盐与OH~-间结合能E_(b2),并通过腐蚀皮膜和比容测试验证。结果表明,SO_4~(2-)和C_2O_4~(2-)具有很负的E_(b2)和E_(b1),容易与Al~(3+)结合以及利于形成腐蚀皮膜,导致在低浓度添加时比容有很大提升(94%)。PO_4~(3-)类添加剂具有较正的E_(b1)和很负的E_(b2),使得高浓度时容易与OH~-结合形成腐蚀皮膜,从而提升比容(107%)。由于空间位阻效应,NO_3~-类添加剂的竞争作用和沉淀反应趋势都较弱,导致添加剂浓度增加时腐蚀皮膜厚度出现下降趋势。然而,高浓度HNO_3具有强氧化性,有效促进了阳极皮膜的形成,导致比容明显增加(125%)。
2021年05期 v.40;No.351 436-440+459页 [查看摘要][在线阅读][下载 714K] [下载次数：71 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ]
- 郑金桥;梁飞;戴金航;宋小军;龚红伟;
高介电常数聚合物基微波介质材料同时具有较高的介电常数与良好的机械性能,拥有广阔的应用前景。本研究通过溶胶凝胶法在纳米银分散液中将钛酸四丁酯水解,制备了不同Ag/TiO_2摩尔比的Ag@TiO_2核壳颗粒,并作为填料与聚四氟乙烯(PTFE)复合制备出Ag@TiO_2/PTFE复合材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜形貌分析、EDS分析等测试手段对实验样品形貌、组分进行了分析。采用核壳结构制备的Ag@TiO_2颗粒与PTFE复合后,样品的介电常数与损耗随Ag@TiO_2填充比例升高而递增,在填充比例为60%体积分数下可以制备出介电性能与导热性能俱佳、与金属相容性良好的微波介电材料。测试结果表明,在该比例下样品同时具有高介电常数(25.22)、低介电损耗(5.2×10~(-3))、较高的热导率(1.367 W/(m·K))和较低的线膨胀系数(25.6×10~(-6)/℃),可以满足微波无源器件轻量化、小型化的应用需求。
2021年05期 v.40;No.351 460-467页 [查看摘要][在线阅读][下载 1671K] [下载次数：259 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 刘英英;陈海峰;
采用改进的水热法对衬底进行预处理,分别在单晶硅Si(111)和蓝宝石C(0001)衬底上生长一层Ga_2O_3籽晶层。籽晶层退火处理后放入Ga_2(NO_3)_3溶液高压反应釜内进行水热反应,待反应结束进行二次退火,成功制备出了Ga_2O_3纳米棒。研究了不同温度对籽晶层和Ga_2O_3纳米棒的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等对样品进行表征。结果表明:生长β-Ga_2O_3纳米棒的最佳衬底是蓝宝石C(0001),籽晶层的最佳生长温度为900℃;在籽晶层引导下β-Ga_2O_3纳米棒向■、■、■三个晶面生长,且随温度升高,结晶质量提高。最后,讨论了纳米棒的形成机理及所需环境。
2021年05期 v.40;No.351 468-473页 [查看摘要][在线阅读][下载 1123K] [下载次数：278 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 张博;肖宝玉;
采用0.5μm GaAs增强型赝配高电子迁移率晶体管(E-PHEMT)工艺技术设计了一款10～1000 MHz具有低噪声和高线性度的超短波低噪声放大器。该放大器利用有源偏置电路和共源共栅结构设计而成,提出的新型有源偏置电路使该低噪声放大器(LNA)能够在复杂的环境中稳定地工作。仿真结果表明,在工作频带内,增益高于22 dB,噪声系数低于0.7 dB,输出1 dB压缩点高于26 dBm,输出三阶交调点高于43 dBm。
2021年05期 v.40;No.351 474-478页 [查看摘要][在线阅读][下载 1138K] [下载次数：249 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 刘茂林;王斌;李冉;蓝禹;
为满足汽车EMC测试系统对功率放大器带宽和效率的要求,采用阶梯阻抗变换器的宽带匹配方法扩展其带宽,设计了一款在一个倍频程内拥有良好效率和增益平坦度的宽带功率放大器。该放大器选用GaN HEMT晶体管进行搭建,采用负载牵引的方法对各频点基波最佳阻抗进行提取,选择阶梯阻抗变换器方法设计匹配网络,最终其仿真的性能达到汽车EMC测试系统对带宽和效率的要求。测试结果表明,该放大器在1～2 GHz频段内,饱和输出功率为40.2～41.5 dBm,功率附加效率为50%～65%,增益大于15 dB,增益平坦度小于±1.5 dB。该功率放大器的性能表现良好,其中效率和增益平坦度具有一定优势,可为后续汽车EMC测试的宽带功率放大器设计提供参考。
2021年05期 v.40;No.351 479-484+490页 [查看摘要][在线阅读][下载 799K] [下载次数：589 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：1 ] - 柴永强;施燕峰;宋小伟;莫金容;胡圣波;
为了提高滤波器的选择性,实现小型化,采用多层板技术综合方法设计了一款双通带Chebyshev响应带通滤波器。利用组成上通带的半波长开环谐振器的空间交叉耦合引入两个有限频率传输零点,以提高滤波器频率选择性。同时,利用组成下通带的四分之一波长短路谐振器形成零度馈电混合耦合结构,生成另外两个传输零点,不但提高了通带隔离度,而且使得通带截止裙边更加陡峭。上通带:中心频率3.55 GHz,相对带宽9.3%,最小插入损耗0.65 dB;下通带:中心频率2.4 GHz,相对带宽3.75%,最小插入损耗1 dB,测试和仿真结果基本吻合。该滤波器具有空间利用率高、截止裙边陡峭、带内插损小、通带隔离度好等优点。
2021年05期 v.40;No.351 485-490页 [查看摘要][在线阅读][下载 980K] [下载次数：196 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 张嘉文;于兵;
介质谐振器天线(DRA)因具有无金属损耗、辐射效率高等特点被设计并应用于现代通信系统。传统DRA的带宽较窄、增益较低,无法满足现代通信系统宽频带的要求。提出了一种介质谐振器(DR)与锥形反射器组合宽带高增益天线的设计方法,扩展天线带宽的同时增大天线的增益。首先将多层矩形DR进行堆叠以扩展DRA的带宽,仿真并分析出堆叠不同层DR对工作频率的影响;然后通过DR十字交叉以及组合锥形反射器增加天线的增益,同时分析了锥形反射器尺寸对天线增益的影响。实测数据表明,所设计天线可以工作在高频波段(Ku波段),天线百分比带宽为48.2%(11.61～18.97 GHz),天线增益达到15.3 dB。实测数据与仿真数据一致性较高,所设计天线可用于5G基站等现代通信系统。
2021年05期 v.40;No.351 491-496页 [查看摘要][在线阅读][下载 1214K] [下载次数：225 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 袁昊;栾秀珍;王晓庆;
基于超材料结构提出并设计了一种应用于北斗卫星导航系统的双频双圆极化短报文通信天线。天线结构为由16个I形超材料单元和17个Γ形超材料单元构成的单臂平面螺旋,采用单点馈电方式进行馈电。利用超材料可以在不同频段分别产生负相移常数和正相移常数的特性,实现在北斗L频段辐射左旋圆极化波、在S频段接收右旋圆极化波的特性。结果表明,天线在1.615 GHz频率处辐射左旋圆极化波,增益约为3.6 dBi,在L频段,S_(11)<-10 dB的带宽约为8%,3 dB轴比带宽约为6%;天线在2.492 GHz频率处接收右旋圆极化波,增益约为4.85 dBi,在S频段,S_(11)<-10 dB的带宽约为12%,3 dB轴比带宽约为5.5%,满足北斗卫星导航系统短报文通信的要求。
2021年05期 v.40;No.351 497-502页 [查看摘要][在线阅读][下载 1337K] [下载次数：651 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：1 ] 下载本期数据