- 陈冲;罗春晖;赵强;金央;李军;闫康平;
为了应对环境污染和气候变化、达成碳中和的目标，新能源汽车是低碳技术发展的主要方向。磷酸铁锂(LiFePO_4)具有化学稳定性高、循环寿命长、理论比容量高(170 mAh·g~(-1))、环境友好和成本相对较低等优点，被认为是一种理想的锂离子电池正极材料。然而，纯相的LiFePO_4材料具有离子扩散缓慢和电子电导率低的缺点，减小粒径和包覆碳涂层是改善其缺点的有效方式。本研究通过喷雾干燥法和旋风分离方法制备了粒径分布可控且碳包覆均匀的微纳米球形磷酸铁锂材料。研究自行设计和制作了多级旋风分离装置，筛选出磷酸铁锂材料(LFP@C-X3)表现出优秀的电化学性能，在0.1C倍率下初次放电比容量为151.3 mAh·g~(-1),在0.5C倍率下100次循环后的放电比容量为132.6 mAh·g~(-1),容量保持率为97.9%。这归因于微纳米球形磷酸铁锂颗粒缩短了电子/离子的传输路径，增强了材料的导电性，有效提高了材料的电化学性能。研究结果表明，旋风分离方法可以有效控制磷酸铁锂颗粒的粒径大小和粒径分布，以此增强磷酸铁锂材料的电化学性能，具备一定的应用价值。
2024年07期 v.43;No.389 757-763页 [查看摘要][在线阅读][下载 2275K] [下载次数：190 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 冯玉川;张鑫;王明辉;何泓材;林元华;
固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂，成功制备得到Li_(6.75)La_3Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质，其离子电导率达到了7.79×10~(-4) S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜，表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_2O_3涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_3Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比，组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此，高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。
2024年07期 v.43;No.389 764-771页 [查看摘要][在线阅读][下载 1880K] [下载次数：396 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 陈孝义;陈俊伟;
四硫化钒(VS_4)作为具有高硫含量三明治结构的一维(1D)链状钒硫化合物，S_2二聚体与两个相邻的V原子配位，每个单链通过弱范德华力相互作用，松散堆叠的链有利于Li~+的快速扩散，因而被认为是有前途的锂离子电池负极候选者。通过水热法设计并合成了四硫化钒复合还原氧化石墨烯(VS_4@rGO)负极材料，VS_4纳米棒紧密地固定在氧化石墨烯薄片上，氧化石墨烯的加入一方面保证了良好的导电性，另一方面也抑制了VS_4纳米棒团聚成球以释放更多活性位点，从而有效提高锂离子电池的性能。作为锂离子电池负极，VS_4@rGO电池的充放电性能出色，进行倍率测试时，在0.2,0.5,1.0,2.0和5.0 A·g~(-1)的电流密度下，平均放电比容量分别为983,797,666,547和397 mAh·g~(-1)。在5 A·g~(-1)的高电流密度下可保持循环3000次，比容量稳定在141.6 mAh·g~(-1),平均每圈的容量衰减率仅为0.019%。这项工作为其他过渡金属硫化物的结构设计提供了新的思路。
2024年07期 v.43;No.389 772-778页 [查看摘要][在线阅读][下载 1844K] [下载次数：395 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 柳逢春;李子锐;陈飞宇;张振宇;张泽;周渠;
当锂电池处于极端放电或热失控环境时，会产生CO、CH_4等热失控气体，研究更优良的气体传感器对检测热失控气体浓度、监测锂电池运行状态具有重要的现实意义。采用第一性原理计算，比较和分析了单层CdS和铂(Pt)掺杂单层CdS结构特征、差分电荷密度、态密度、吸附特性、解吸时间和前沿轨道理论计算。掺杂后两种气体的吸附能分别为-2.52 eV和-0.27 eV。单层CdS对两种气体的吸附类型为物理吸附，掺杂后CO吸附类型转变为化学吸附，分波态密度表明CO气体分子与掺杂的Pt原子发生轨道杂化现象，表现出Pt掺杂单层CdS对CO的吸附选择性。Pt-CdS在三种拟定温度下解脱CO的时间均超过10~(14)s,说明Pt-CdS具有作为CO气体吸附材料的潜力。实验结果表明铂掺杂有效提升了单层CdS对锂电池气体的选择性吸附能力。
2024年07期 v.43;No.389 779-786页 [查看摘要][在线阅读][下载 1850K] [下载次数：176 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：4 ] - 梁鹏程;夏恒恒;杨重阳;
电解液添加剂作为电解液中的重要组成部分，能够以较低的含量实现较大程度的性能改善。针对常见的碳酸亚乙烯酯(VC)、硫酸乙烯酯(DTD)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)电解液添加剂，系统研究了单组分添加剂和三元添加剂对锂离子电池型电容器的性能影响。结果表明，VC在60 A(7.5C)电流下循环3000次后容量保持率达到92.08%。DTD在低温-40℃下放电能量保持率为63.29%,较PS单组分添加剂提高了4.39%。PS单组分添加剂的自放电率较大，为2.648 mV·h~(-1),在高温下还会发生副反应产气。对于不同含量混合的三元添加剂，VC和DTD的搭配使用能够有效提高电容器的各部分性能，如放电平台、低温性能、高温性能和循环性能。但是添加剂的含量需要进一步把控，通过多种添加剂的协同设计和配合使用，充分发挥优势，以提高锂离子电池型电容器的性能。
2024年07期 v.43;No.389 787-795页 [查看摘要][在线阅读][下载 1960K] [下载次数：122 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ]
- 陈瑶;陈远汾;许珂;
可穿戴设备已成为一种用于长期、连续监测生理电信号的重要手段，然而开发具备良好舒适性、高效导电性及长期稳定性的柔性电路仍面临显著挑战。为了促进可穿戴设备的发展，该研究提出一种织物电路制备工艺，该工艺通过磁控溅射将铜沉积在图案化的聚酰亚胺(PI)/织物基底上，然后在铜的表面蒸镀派瑞林薄膜作为保护。图案化的PI薄膜不仅有利于铜的沉积，而且保持织物的透气性。该工艺可以制备最小线宽为0.4 mm的导线，织物导线的电阻率为8.25×10~(-7)Ω·m;经过1000次弯曲实验，织物导线的电阻增长率约55.72%;经过10次洗涤后，电阻增加47.04%。该研究可以在织物上制备高导电性、抗疲劳、可洗涤和高分辨率的柔性电路，使生理电信号采集电路可以集成到衣服表面。
2024年07期 v.43;No.389 796-803页 [查看摘要][在线阅读][下载 2896K] [下载次数：93 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李红旭;苏琳琳;杨成东;
主要研究了SiC雪崩光电二极管(APD)阵列对微弱紫外光的探测均匀性问题，设计并制备了1×128 SiC APD探测阵列，通过表征各像素点的电流-电压曲线，提取出APD阵列的击穿电压波动在±0.1 V;通过被动淬灭电路表征各像素点的微弱紫外光探测能力，提取出APD阵列的暗计数率波动在±0.5 Hz/μm~2,单光子探测效率波动在±0.4%,良率达到91%,结果表明本工作设计的SiC APD探测阵列能够为微弱紫外光成像技术提供可行的技术方案。
2024年07期 v.43;No.389 804-808页 [查看摘要][在线阅读][下载 1274K] [下载次数：224 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 康超;胡星;李屹;凌志远;
为了在大功率下能更好地应用多层陶瓷电容器(MLCC),需要在大信号下评价MLCC的电学性能。利用伏安法，通过测量待测电容、采样电阻及两者串联后的有效交流电压，获得待测电容和采样电阻的相位差，计算出待测电容的电容及介电损耗，建立了大信号下MLCC数据图谱。结果表明，交流电压不变时，电容随着偏压的增加而增加，交流电压较小时，损耗几乎不随偏压变化而变化；在高直流偏压下，电容和介电损耗随着交流电压的增加而增加；在某些偏压下，电容可大范围内不随交流电压变化而变化；偏压改变时，如果同时改变交流电压，电容也可获得恒定值。一定程度上解决了材料或元器件现有的电学参数与实际应用需求之间的矛盾。
2024年07期 v.43;No.389 809-813页 [查看摘要][在线阅读][下载 1514K] [下载次数：197 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：4 ] - 胡婧琨;陈素晶;张易宁;
以空心碳球的孔隙结构为研究对象，采用改良St9ber法成功合成了一种相互连接的介孔空心碳球(MHCSs),并将其作为电极材料系统地研究其介孔结构对电化学性能和电容去离子性能的影响。研究结果表明，相比于以微孔结构为主的相互连接空心碳球(HCSs),MHCSs具有更大的比表面积和更多的活性位点，从而提高了电极材料的比电容。大孔径提升了空心碳球的离子传输速率，而石墨化程度的提高则增加了电极材料的电导率，显著提升了材料的电容去离子性能。在100 mg·L~(-1)浓度的NaCl溶液中，HCSs和MHCSs的电吸附容量分别达到10.01和17.81 mg·g~(-1),MHCSs表现出优异的电容去离子性能。此外，在经历了30次吸附-解吸循环后，MHCSs在100 mg·L~(-1) NaCl溶液中仍能保持97.42%的初始脱盐能力，表现出良好的循环稳定性。此研究成果为介孔空心碳球材料在海水淡化、水处理领域的应用提供了有益的参考。
2024年07期 v.43;No.389 814-821+829页 [查看摘要][在线阅读][下载 2480K] [下载次数：248 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 南彦鑫;张建花;邓涛;李鹏;吕亚璐;
CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)介电陶瓷因具有极高的介电常数(ε′)而受到了广泛的关注与研究，并在电容器材料领域展现出巨大潜力。然而，较高的介电损耗(tanδ)和较差的温度稳定性限制了其发展。为了降低CCTO陶瓷的tanδ并提高温度稳定性，通过溶胶-凝胶法制备了Ni_2O_3和ZrO_2共掺杂的CCTO陶瓷。研究发现：通过掺杂Ni_2O_3和ZrO_2,样品在维持高ε′的同时，显著地提高了温度稳定性并降低了tanδ。特别是质量分数1%Ni_2O_3和1%ZrO_2共掺杂的样品，其ε′高达4710,在-125～200℃温度范围内变化小于±20%,符合X9S电容器的标准(在-55～200℃范围内，Δε′<±20%)。并且该样品在室温下的tanδ低至0.012,优于纯CCTO的0.025。这些优异的性能与较大的晶界活化能和较高的晶界电阻有着密不可分的关系。
2024年07期 v.43;No.389 822-829页 [查看摘要][在线阅读][下载 1932K] [下载次数：224 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 韦春树;杨俊锋;刘兴鹏;丁明建;彭一鸣;
利用脉冲激光沉积系统(Pulsed Laser Deposition, PLD)在柔性云母基底上制备了Ba_(0.77)Sr_(0.23)TiO_3(BST)铁电薄膜，并研究了薄膜的微观结构与电学性能。结果表明，所制备的BST薄膜呈现出(111)取向的单晶结构，表面粗糙度仅为1.96 nm。BST铁电薄膜表现出良好的铁电性能，剩余极化值(2P_r)为6.46μC/cm~2,最大极化值(2P_(max))为17.8μC/cm~2,在经历10~(11)次双极性开关循环后，仍能保持良好的铁电性能。对BST薄膜的I-V曲线进行线性拟合分析，揭示其电流转换机制为从低场强下的欧姆导电机制转变为高场强下的空间电荷限制电流效应(Space-Charge-Limited Current, SCLC)。这些结果可为柔性非易失性存储器件的研究提供一些新的思路。
2024年07期 v.43;No.389 830-834+844页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K] [下载次数：127 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李银辉;梁琨;梁建国;刘海江;李朋伟;
为了解决压电纳米发电机的柔性和压电输出特性不能协同提高的难题，采用旋涂法制备纯聚丙烯腈(PAN)压电薄膜和PAN/氧化石墨烯(rGO)复合压电薄膜，通过堆叠热压法制备PAN-PAN/rGO-PAN和PAN/rGO-PAN-PAN/rGO两种典型的三明治异质压电纳米发电机。系统研究了rGO掺杂质量分数对PAN/rGO复合压电薄膜和两种典型异质复合薄膜的压电输出性能的影响。研究结果表明，三层异质PAN-PAN/rGO-PAN型和PAN/rGO-PAN-PAN/rGO型复合薄膜压电纳米发电机输出最大的电压分别达到4.61 V和5.80 V,比三层同质PAN-PAN-PAN复合压电纳米发电机输出电压分别提高34.0%和68.6%。当负载电阻为10 MΩ时，PAN/rGO_(0.4)-PAN-PAN/rGO_(0.4)复合薄膜压电纳米发电机的输出功率最大值为2.02μW。经过4500次循环测试表明，本文制备的三层异质复合薄膜输出性能稳定。该纳米发电机有望作为自供能微型压力传感器在柔性可穿戴电子设备和电子皮肤中广泛应用。
2024年07期 v.43;No.389 835-844页 [查看摘要][在线阅读][下载 2731K] [下载次数：160 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：3 ] - 加泽贤;黄佳豪;吕景祥;李超;朱晨辉;
为了有效消除单孔式压电喷墨喷头打印纳米银油墨时产生的卫星液滴，提高导电图案成形精度，采用集成式CCD相机观墨模块观测完整的液滴形成过程，研究了喷头驱动参数(包括驱动波的各阶段时间和电压)对腔内压力波的影响，以及驱动电压、液体粘度和表面张力对液滴形成过程中液线形态的影响。结果表明：在电压上升沿1时间2μs、波峰电压持续时间28μs、电压下降沿时间4μs、波谷电压持续时间11μs、电压上升沿2时间2μs,驱动电压45～55 V的喷头驱动参数下，喷头产生了理想的压力波并达到了无卫星液滴产生的稳定喷墨状态。液体粘度越小、表面张力越大，液线越容易破裂形成小液滴进而成为卫星液滴，可通过控制液线长度低于发生破裂的阈值从而抑制卫星液滴的产生。
2024年07期 v.43;No.389 845-852页 [查看摘要][在线阅读][下载 1947K] [下载次数：197 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 李超;林枝城;张义超;吕景祥;
为了改善喷墨3D打印纳米银墨水的导电性，研究热台固化、近红外固化和光热耦合固化对纳米银墨水固化后微观形貌和电导率的影响。通过压电喷墨打印纳米银墨水，并用热台和近红外灯对纳米银薄膜进行固化。结果表明：热台固化时，纳米银薄膜的电阻率随固化时间和固化温度的升高而降低，在固化时间25 min,固化温度140℃时下降至99μΩ·cm;近红外固化时，固化功率1000 W,固化时间4 min的条件下，电阻率为33.2μΩ·cm;光热耦合固化时，纳米银薄膜的电阻率随扫描功率和固化时间的增加而降低，基板加热温度160℃、扫描功率为1000 W、固化时间60 s的条件下，电阻率为3.75μΩ·cm。光热耦合固化烧结颈的生长速度明显优于热固化及光固化。
2024年07期 v.43;No.389 853-859页 [查看摘要][在线阅读][下载 2165K] [下载次数：334 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：3 ] - 白凤;帅垚;吴传贵;罗文博;张万里;
为了提高声表面波(SAW)滤波器的使用寿命和设计效率，有必要研究谐振单元对滤波器功率耐受力的影响。首先通过FEM有限元软件搭建由Al电极、42°Y-X LiTaO_3压电材料薄膜和SiO_2/Poly-Si/Si衬底构成的谐振器模型，并分析IDT、声孔径、半周期对其阻抗的影响。同时，提出了一种谐振器功率测试方法，该方法可以计算出谐振器的各个频点下加载功率随输入功率的变化。为了验证功率测试方法的可靠性，对采用3030C封装的B41(2515～2675 MHz)滤波器进行功率测试，结果显示在输入功率为23 dBm时，滤波器被烧毁，与仿真数据一致。最后结合电容公式和仿真数据证实了谐振器的面积变化会改变滤波器的电容比，进而影响滤波器的散热，因此可以通过改变SAW滤波器各支路串并联结构以及各谐振器叉指对数、孔径、半周期，来提高滤波器功率耐受性。
2024年07期 v.43;No.389 860-865页 [查看摘要][在线阅读][下载 1982K] [下载次数：174 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 周艺蒙;帅垚;胡月;吴传贵;张万里;
为准确获取谐振器材料参数，采用开路短路法、集总参数法、传输线法三种方法分别对谐振器进行去嵌，并分析去嵌对滤波器产生的影响。其中传输线法去嵌无需流片，仿真即可得出谐振器测试结构的寄生参数。采用传输线法对串联、并联谐振去嵌，并运用去嵌后的谐振器材料参数搭建滤波器，滤波器采用九阶π型电路拓扑结构，其带宽为160 MHz,阻带抑制为-25 dB。证实谐振器的测试结构对宽带声表面波滤波器带宽、阻带和零点造成影响，使得去嵌后的滤波器左侧零点向低频偏移，低频抑制上升，高频抑制下降，通带插入损耗增加。
2024年07期 v.43;No.389 866-871页 [查看摘要][在线阅读][下载 1678K] [下载次数：125 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：3 ] - 张超然;杨以俊;孙晓红;
基于2μm砷化镓异质结双极型晶体管(GaAs HBT)工艺成功设计出了一款工作在2.4 GHz的高线性、高效率的射频功率放大器(RF PA)。针对非线性因素三阶交调失真(IMD3)对电路造成的影响，采用了一种两级功放电路结构，通过对两级偏置中的旁路电路进行调节，得到了两个反相可互消的三阶交调分量，有效地改善了功放非线性指标IMD3的值。对芯片进行测试，所得结果表明：在连续单音信号测试下，功放输出的1 dB压缩点功率(P1dB)为33.3 dBm,功率附加效率(PAE)为58%@33.3 dBm,增益为30.8 dB。在音距为1 MHz的双音信号测试下，三阶交调失真低于-50 dBc@20 dBm,最大三阶输出截断点(OIP3)为47 dBm@23.8 dBm。
2024年07期 v.43;No.389 872-877页 [查看摘要][在线阅读][下载 1359K] [下载次数：405 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：3 ] - 李新;高梦真;杨森林;
针对传统带隙基准存在温度漂移大以及电源抑制比低的问题，提出了一种新型的带曲率补偿的带隙基准电压源。采用基极电流补偿以及曲率补偿技术对传统带隙基准结构进行改进。设计了低失配改进电路、低温漂改进以及启动电路等。利用共源共栅电流镜技术和负反馈网络保证带隙基准输出电压，极大程度降低了运放失调电压对带隙基准电压的干扰，实现了低温漂特性。基于东部高科0.18μm BCD工艺，在Cadence Spectre下进行仿真。仿真结果表明：该带隙基准电路在-40～150℃温度范围内，输入电压为5 V,输出电压稳定在1.192 V;温度系数为4.84×10~(-6)/℃;在低频时电源抑制比为-78 dB。
2024年07期 v.43;No.389 878-883页 [查看摘要][在线阅读][下载 1358K] [下载次数：449 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：4 ] - 高铭;李志军;
提出了一种考虑不同个性特征的忆阻记忆电路，该电路由感知模块、情感生成模块和记忆突触模块组成。为了正确模拟生物神经元从感知刺激到响应的过程，在感知模块中采用易失性忆阻器来构建感知神经元。情感生成模块利用阈值型忆阻器作为情感突触，实现了不同人格到情绪的转换。记忆突触模块则整合情绪信号和学习信号，利用忆阻突触的可塑性实现学习和遗忘的功能。PSPICE仿真结果表明，所提出电路能正确模拟不同个性特征对记忆的影响。
2024年07期 v.43;No.389 884-891页 [查看摘要][在线阅读][下载 1682K] [下载次数：141 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 朱淼;杨雪霞;孙艳玺;王则;邢学刚;
构建叠层焊点最优结构参数，提高BGA叠层焊点热循环条件下的可靠性具有重要的意义。建立有限元模型，分析叠层焊点在热循环条件下应力应变，运用田口正交法和曲面响应法，将焊点的高度、直径、间距、阵列作为实验设计的变量，关键焊点最大等效塑性应变作为优化目标。结果表明：焊点阵列对优化目标的影响权重最大，优化后的BGA叠层焊点结构参数如下，田口正交法：单层焊点高度为0.38 mm,焊点间距为0.55 mm,焊点直径为0.44 mm,焊点阵列为8×8;曲面响应法：单层焊点高度为0.387 mm,焊点间距为0.573 mm,焊点直径为0.446 mm,焊点阵列为8×8。对优化前后的寿命进行预测，优化后的叠层焊点寿命约是优化前的3.75倍。
2024年07期 v.43;No.389 892-898页 [查看摘要][在线阅读][下载 1098K] [下载次数：488 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：3 ] 下载本期数据