无铅非线性介电储能陶瓷:现状与挑战

相对于聚合物等储能介质材料,介电陶瓷具有温度稳定性好和循环寿命长的优点,是制备脉冲功率储能电容器的优秀候选材料。但目前介电陶瓷的储能密度相对较低,不能满足脉冲功率设备小型化的要求。因此,如何显著提高介电陶瓷的储能密度成为近年来功能陶瓷研究的热点之一。本文首先介绍了介电储能电容器对陶瓷材料性能的要求,然后结合本课题组的研究工作,评述了BaTiO3基、BiFeO3基、(K0.5Na0.5)NbO3基无铅弛豫铁电陶瓷和(Bi0.5Na0.5)TiO3基、AgNbO3基无铅反铁电陶瓷储能特性的研究现状,重点阐述了不同材料体系的组分设计思路及相关储能特性,分析了无铅非线性介电储能陶瓷所面临的机遇和挑战,指出了应对策略。最后,展望了下一步的研究方向和内容。     

基于谐振耦合和人工表面等离激元的可调控频率选择铁电厚膜移相器

移相器作为一类重要的微波功能器件,在军事和民用领域有着重要的应用。不同于传统的铁电厚膜移相器,本文将电谐振器、人工表面等离激元(SSPP)和铁电厚膜三者结合进行设计,利用电谐振器与人工表面等离激元传输结构的耦合特性,并引入铁电厚膜的介电非线性,提出了一种具有频率选择特性的电可调铁电厚膜移相器。通过基于人工表面等离激元的铁电厚膜移相器理论分析了移相器结构设计的可行性,并通过系统仿真对设计的可行性进行了验证。通过仿真不同电谐振器结构下移相器的S参数曲线验证了本文设计的移相器具有可设计的频率选择特性。     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。     

PMN-PT陶瓷的制备及介电性能

采用NaCl-KCl熔盐法制备了钙钛矿相结构的0.8PMN-0.2PT陶瓷,研究了预烧温度、烧结温度和时间等工艺参数对样品的相结构、微观结构以及介电性能的影响,与传统陶瓷工艺相比,用熔盐法制备的样品介电性能好.     

小型化频率选择表面研究现状及其应用进展

频率选择表面是一种在平面内排布的二维周期阵列,由金属贴片单元或孔径单元构成,其对不同频率电磁波呈现不同的滤波响应,被广泛应用于雷达隐身、卫星通讯和电磁兼容等领域。随着应用对技术的要求不断提高,传统频率选择表面难以满足实际应用。原因有:(1)传统频率选择表面较大的单元尺寸会导致单元谐振时栅瓣过早出现,对传输特性产生不良影响;(2)传统频率选择表面较大的单元尺寸导致其很难在有限空间的区域内以及不规则天线罩上使用,且大尺寸使得现有工艺很难完成贴装布阵。而单元尺寸远小于工作波长的小型化频率选择表面MEFSS的出现为解决上述问题提供了新的思路,其优势日益凸显了自身的价值,逐渐发展成为新的研究方向。最初的小型化频率选择表面通过结构上的交叉、旋绕、连接等模式来达到缩小单元尺寸的目的,最典型的方法就是单元的卷曲、交指设计。为了突破"单元尺寸与谐振波长一致"这一限制,实现小尺寸结构可以控制长波长谐振,通过金属贴片和网格经介质级联,产生了基于容性表面与感性表面耦合技术的小型化频率选择表面。该频率选择表面通过减小单元的有效电尺寸来实现小型化。耦合型双屏小型化频率选择表面主要分为:网栅及其互补结构、网栅和方环贴片阵列结构、方环贴片及其互补结构。这三种典型的耦合双屏结构是研究复杂耦合型小型化频率选择表面结构的基础。由于前两类频率选择表面在实现小型化特性时都无法摆脱周期单元尺寸的制约,若需要更高的小型化需求时则难以实现。而加载无源集总元件(电容器、电感器)的频率选择表面可以增大等效电感L以及等效电容C的值,能够更大程度地缩小单元的有效电尺寸,使得频率选择表面小型化程度更高。为了拓展小型化频率选择表面的功能,在普通小型化频率选择表面单元或介质衬底上加入有源器件(变容二极管和PIN二极管等)或采用特征媒质作为介质衬底等组成有源小型化频率选择表面。该频率选择表面在实现小型化特性的同时,通过对有源器件的调节来控制该频率选择表面的通带开关和变频特性等。本文从单元卷曲和交指设计、基于容性表面与感性表面耦合技术设计、加载无源/有源集总元件技术设计等方面综述了小型化频率选择表面的研究状况。随后,对小型化频率选择表面在实际中的应用进行了介绍并对其未来发展方向进行了展望。     

PMN和PZN基复相陶瓷的制备及其介电温度稳定性的研究

以PZN基和PMN基粉本为起始组元，采用两相混合烧结法成功的制备了两相共存的复相陶瓷，介电性能测试表明，复相陶瓷的室温介电常数为5377（1kHz)，其介质电温谱在－15℃－＋90℃温度范围内相当平坦，介电温度稳定性大幅提高，据键价理讨论了复相陶瓷的设计和组成控制，并初步探讨了复相陶瓷提高介电温度稳定性的机制。     

掺钾PZN基陶瓷的有序微区及介电和电致应变性能研究

使用二次合成法制备了不同钾含量的O．85Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0．10BaTiO3-O．05PhTiO3陶瓷。首先研究了掺钾对PZN基预烧粉体和陶瓷相组成的影响。在此基础上详细研究了掺钾对PZN基陶瓷有序微区以及介电和电致应变性能的影响规律。掺钾对PZN基预烧粉体和陶瓷的相组成影响很小；理论计算和Raman散射光谱分析都表明掺钾使PZN基陶瓷的有序微区的尺寸稍微减小；掺钾也减小了PZN基陶瓷的介电和电致应变性能，并分析了掺钾降低介电和电致应变性能的原因。     

PMS-PZT压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了PMS-PZT三元系压电陶瓷,分析了其粉体和陶瓷样品的相结构组成,测试结果表明在预烧粉体中随着PMS含量的增加,焦绿石相也增加,在所有陶瓷样品中均为100%的钙钛矿结构;研究了室温下PMS含量对相对介电常数er、介质损耗tgd、居里温度tC、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm和压电常数d33的影响,实验表明随着PMS含量的增加,材料逐渐变硬,er、tC、kp和d33逐渐减少,tgd和Qm逐渐增加。     

熔盐法合成CaBi_2Nb_2O_9粉体

以金属氧化物和CaCO3为原料,以NaCl-KCl为助熔剂,采用熔盐法在800～1000℃合成CaBi2Nb2O9粉体。使用X射线衍射仪分析了产物的相结构,采用扫描电子显微镜观察了粉体颗粒形貌。研究了合成温度、熔盐含量对粉体颗粒相结构和形貌的影响,探讨了熔盐法合成CaBi2Nb2O9粉体的机理,并与固相反应法进行了比较。结果表明:当盐与原料质量比为1:1,900℃煅烧2h后得到尺寸分布均匀且取向明显的薄片状纯CaBi2Nb2O9粉体。     

羰基铁粉/二氧化锰复合材料的微波吸收性能

以羰基铁粉(CIP)和二氧化锰为吸收剂,石蜡为基体制备了羰基铁粉/二氧化锰复合材料。在2~18 GHz的微波频段,测量了所制复合材料的介电常数和磁导率,在吸收剂质量分数为80%的基础上,讨论了二氧化锰与羰基铁粉的比例对复合材料吸波性能的影响。结果表明,随着二氧化锰与羰基铁粉质量比的增加,复合材料的磁导率实部和虚部及介电常数实部均逐渐减小,吸收峰向高频方向移动。当?(MnO2:CIP)为2:3时,所制复合材料的吸波性能最好,当涂层厚度为1.5 mm时,其反射损耗(RL)小于-10 dB的带宽达6.7 GHz(10.0~16.7 GHz)。