黏土矿物纳米材料在锂电池隔膜和固态电解质中的应用研究进展

锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网等领域,深刻地影响着人们的日常生活。但是受限于其低的能量密度、安全性等问题,需开发稳定、高效的电化学存储材料。黏土矿物因其独特的纳米结构、丰富的活性位点、高的比表面积、丰富的储量和低成本等优点,在锂二次电池领域有着广阔的应用前景。本文首先介绍了黏土矿物纳米材料的分类、结构和化学组成等。然后,综述了黏土矿物纳米材料在锂二次电池隔膜和固态电解质隔膜方面的应用研究进展。最后,总结了黏土矿物在电化学储能领域的优势和不足,并展望了其未来发展趋势。     

几何设计对球硅太阳电池性能影响的有限元仿真

基于COMSOL软件的光学模块和半导体模块,从球缺比例、直径、正电极接触面积三个几何设计方面对球硅电池进行了仿真分析;通过对比反向饱和电流密度和理想因子,发现球硅半径越小、球缺比例越小、正电极相对接触面积越大,电池的电学特性越好;分析了不同直径球硅电池的几何特征与其光电参数之间的关联性,发现其与传统平面硅太阳电池存在显著差异。研究结果可为制作高效率低成本柔性球硅太阳电池提供理论指导。     

超快电荷转移的大尺寸PPD像素器件设计

面向微光环境的高时间分辨成像需求,基于CMOS图像传感器工艺,设计并仿真验证了 一种具有三角形状梯度掺杂且浮置扩散区域中置的超快电荷转移大尺寸光电二极管(PPD)像素器件.它通过N埋层掺杂形状和梯度掺杂设计增强光生电荷传输路径的电势梯度,加速光生电荷从N埋层感光区域向电荷存储区域的转移.同时通过对传输管沟道的梯度掺杂,减小了沟道反弹电荷的水平,有效提升了光生电荷转移效率.仿真结果表明,三角形枝状的圆形像素器件在30 000个电荷的情况下,在电荷转移效率达到99.9％时,电荷转移时间为1 ns,同时其反弹电荷水平在1e-以下.该PPD像素器件可用于微光环境下的高时间分辨率成像.     

共沉淀纳米粉体制备Yb:CaF2激光陶瓷及其性能研究

利用共沉淀法合成的粉体, 通过真空烧结结合热压烧结后处理制备了掺镱的氟化钙透明陶瓷(Yb:CaF₂)。在600 ℃预烧1 h, 700 ℃热压烧结2 h制备的5at%Yb:CaF₂透明陶瓷在1200 nm处的直线透射率达到92.0%。对陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能进行了测试和讨论。研究结果表明, 陶瓷样品的显微结构均匀, 平均晶粒尺寸为360 nm。此外, 计算得到Yb:CaF₂陶瓷在977 nm处的吸收截面和1030 nm处的发射截面分别为0.39×10 ^-20和0.26×10 ^-20cm ²。最后, 对Yb:CaF₂陶瓷激光性能进行了表征, 得到最大输出功率为0.9 W, 最大斜率效率为23.6%。     

有关节约束超冗余机械臂的增益优化轨迹规划

为了实现超冗余机械臂的实时在线规划,本文提出一种基于雅克比转置矩阵的人工势场轨迹规划方法。轨迹规划不仅要满足末端跟踪精度要求,而且要满足关节速度和角度约束,关节速度主要由轨迹规划算法的增益决定,而增益的大小决定系统稳态性能的好坏,通过优化势场函数和使用加权关节速度,在避免关节限制的前提下减小关节速度范数,从而能选择更大的增益。使用蒙特卡洛法建立最大关节速度与增益的关系,从而确定增益范围。分别在点对点运动和轨迹跟踪运动中选取不同的增益证明算法的正确性和有效性,并在轨迹跟踪运动中引入速度前馈,通过李雅普诺夫稳定性定理证明算法稳定性。通过以超冗余机械臂为模型仿真验证,得出在点对点运动下末端位置偏差小于10~(-4)mm,姿态偏差小于1×10~(-5)rad;轨迹跟踪运动的位置偏差小于10~(-3)mm,姿态偏差小于1×10~(-4)rad。最后进行实验验证,虽然实验过程中轨迹偏差相比于仿真增加一个数量级,但仍符合实验任务需求。     

O2/Ar流量比及退火对氧化锆薄膜结构及摩擦学性能的影响

采用多弧离子镀(MAIP)方法在 Inconel 718 高温合金基体上沉积了氧化锆(ZrO_x )薄膜,并对该薄膜进行了 800 ℃退火处理;研究了 O₂ / Ar 两种气体流量比 R_{O2/ Ar}(0. 25、0. 43、0. 67、1. 00、1. 50)及退火处理对沉积态薄膜的微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响。 结果表明:随着 R_{O2/ Ar} 从 0. 25 升高到 1. 50,沉积态薄膜的主要物相组成由不稳定的锆的氧化物(h-ZrO_{0. 35} 、h-ZrO₂ 、h-Zr₃O)逐渐转变为稳定的 m-ZrO₂ ,薄膜截面结构由起初疏松的柱状晶逐渐转变为排列致密的柱状晶,薄膜硬度逐渐升高,O₂ / Ar 比为 1. 50 时最大为 16. 7 GPa。 低 R_{O2/ Ar} 下沉积的薄膜摩擦学性能很差,很快磨穿失效。 当 R_{O2/ Ar} 超过 0. 67 时,薄膜的摩擦寿命显著提高,R_{O2/ Ar} 为 1. 50 时薄膜磨损率最低为 1. 45×10^-6 mm³ / (N·m)。 沉积态薄膜经过退火处理后主要物相转变为 m-ZrO₂ ,薄膜表面变得更加光滑致密,薄膜硬度、弹性模量以及摩擦学性能均较退火前明显改善。     

聚苯胺原位聚合改性氧化石墨烯制备复合涂层及其耐腐蚀性能研究

目的 提高聚苯胺(PANI)涂层的腐蚀防护性能,并明确其防腐机理.方法 通过原位聚合的方法,采用PANI对氧化石墨烯(GO)进行功能化修饰,并对其在GO表面的生长状态进行调控.利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射高分辨扫描电镜(FESEM),对功能化GO的结构和形貌进行表征和分析;然后将其引入到聚苯胺涂层中,制备PANI/GO复合涂层.采用电化学阻抗谱(EIS)详细研究PANI涂层以及不同的PANI/GO复合涂层对不锈钢基材的腐蚀防护效应,并对其耐腐蚀机制进行探讨.结果 PANI均匀地生长在GO片层上,其结构与形貌可以通过控制苯胺的添加量进行有效调控,且PANI的原位聚合促进了GO的片层剥离及舒展,改善了其分散性以及与涂层间的相容性.与单一PANI涂层相比,PANI/GO复合涂层的稳定开路电压值较大,且当苯胺与GO的质量比为5︰1时,获得的功能化GO的分散效果最佳,对聚苯胺涂层的腐蚀防护性能增强效果最为显著.此时复合涂层表现出最大的容抗弧直径,且电化学阻抗谱拟合后的电荷转移电阻最大,双电层电容最小.结论 PANI涂层本身可以在金属表面形成具有屏蔽作用的保护层,但其非致密的形态结构及腐蚀环境下的分子构型变化损害了涂层的腐蚀防护性能.通过功能结构化GO的复合,尤其是在GO分散性最佳的状态下,可有效提高涂层的致密性和抗渗透性,并且可抑制因质子反应导致的分子构型变化对涂层结构的破坏,从而增强涂层的腐蚀防护性能.     

固体激光用Nd:Lu2O3透明陶瓷的制备和光学性能研究

Nd:Lu₂O₃材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu₂O₃单晶的熔点超过2400 ℃, 难以生长, 而Lu₂O₃陶瓷既能在低温下制备, 又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu₂O₃陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料, 采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征: HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2 nm。厚度为1.0 mm的1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%, 样品在806 nm处的吸收截面为1.50′10^-20 cm², 而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5′10^-20 cm²。分别在878.8 和895.6 nm波长激发下, 1.0at%Nd:Lu₂O₃透明陶瓷⁴F_3/2·⁴I_11/2跃迁的平均荧光寿命均为169 ms。当输出耦合镜的透过率T_OC=2.0%时, 退火后的1.0at% Nd:Lu₂O₃透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出, 斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu₂O₃陶瓷, 并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。     

波长滞后法评估激光器的热阻（英文）

封装是光电子器件的关键技术之一。同时,器件的封装还影响器件的性能。文章提出了一种基于波长滞后的方法来评估激光器在298 K至10 K环境温度范围内的热阻。通过计算降温和升温过程中波长滞后的程度来表征热阻大小。该方法解决了低温环境中无法评估激光器散热性能的问题。这对低温光互连具有重要意义,也为低温环境中激光器的封装设计提供了参考。