水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性研究

为了使水下角反射器在较大空间范围内都具有一定的目标强度,应考虑采用多个角反射器组合成多格角反射体,以达到增大散射范围的目的。基于此,采用有限元结合边界元法(FEM-BEM),对水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性进行了数值仿真计算,分析了声波入射频率为5.0kHz~15.0kHz范围内,平板材料、平板厚度、入射角度、角反射器组合类型等因素对目标强度的影响。结果表明,水下单层薄金属板多格角反射体具有较强的频率特性;平板材料、平板厚度以及角反射器组合类型的变化会对多格角反射体目标强度产生较为明显的影响。研究结果为水下多格角反射体的设计使用提供了仿真依据和数据支撑。

基于专利数据的中外氢燃料电池重点技术发展方向分析

氢燃料电池是氢能的重要应用场景,无论是全球范围内还是在中国,氢燃料电池设计与制造的专利申请量,在氢能源领域各个技术分支中占比都是最大的,成为氢能领域的热点研发方向。目前针对氢燃料电池的研究主要集中在催化剂、质子交换膜、双极板、扩散层、密封及相关零部件、控制系统六大部分,其中双极板技术相对其他技术方向专利申请量一直处于高位,是氢燃料电池技术的重点研发方向。丰田公司以绝对优势位列双极板专利申请量第一位,我国只有两家机构单位在双极板领域进入申请量全球排名前20位。丰田公司的技术研发方向主要集中在双极板表面涂层技术、材料研发、精密成型、流场设计优化等方面,其材料研发多集中在金属材质。而我国龙头企业更趋向于传统材料性能提升以及优化生产方法以提高生产效能,在精细化加工方面投入较少,专利申请分散,缺乏布局策略,且在技术研发上与其他氢燃料电池汽车公司合作较少。我国创新主体应持续针对关键技术“补短板”,填补国内外空白,引入国际先进氢燃料电池相关技术产品,聚焦高端产业化方向,围绕核心技术进行专利布局。

NdFeB/316L不锈钢双极板对PEMFC性能的影响

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,双极板起到分配隔离氢气和氧气、支撑膜电极组件(MEA)、收集电子和传递热量的作用。把316L不锈钢粉末与钕铁硼(NdFeB)磁粉均匀掺杂,通过三维(3D)打印制成燃料电池复合金属双极板,钕铁硼磁粉掺杂的质量分数分别为0、20%、35%和50%。通过设置不同励磁强度和温度条件,研究在磁场作用与无磁场作用下PEMFC的工作性能差异。磁场可以优化PEMFC的工作性能。钕铁硼质量分数为50%的316L不锈钢极板燃料电池,工作性能表现较好,相比于未掺杂钕铁硼的316L不锈钢极板燃料电池,最高输出功率密度提高14.03%,极限电流密度提高12.54%。在相同的磁场强度下,钕铁硼质量分数为50%的316L不锈钢极板燃料电池在60℃下的工作性能提升最明显,70℃下的工作性能最高。

金刚石肖特基二极管的研究进展

金刚石具有宽带隙(5.47 eV)、高载流子迁移率(空穴3800 cm^(2)/(V·s)、电子4500 cm^(2)/(V·s))、高热导率(22 W·cm^(-1)·K^(-1))、高临界击穿场强(>10 MV/cm),以及最优的Baliga器件品质因子,使得金刚石半导体器件在高温、高频、高功率,以及抗辐照等极端条件下有良好的应用前景。随着单晶金刚石CVD生长技术和p型掺杂的突破,以硼掺杂金刚石为主的肖特基二极管(SBD)的研究广泛展开。本文详细介绍了金刚石SBD的工作原理,探讨了高掺杂p型厚膜、低掺杂漂移区p型薄膜的生长工艺,研究了不同金属与金刚石形成欧姆接触、肖特基接触的条件,分析了横向、垂直、准垂直器件结构的制备工艺,以及不同结构对SBD正向、反向、击穿特性的影响,阐述了场板、钝化层、边缘终端等器件结构对SBD内部电场的调制作用,进而提升器件反向击穿电压,最后总结了金刚石SBD的应用前景及面临的挑战。

500V体硅N-LDMOS器件研究

借助Tsuprem-4和Medici软件详细讨论分析了高压N-LDMOS器件的衬底浓度、漂移区注入剂量、金属场极板长度等参数与击穿电压之间的关系,通过对各参数的模拟设计,最终得到兼容体硅标准低压CMOS工艺的500V体硅N-LDMOS的最佳结构、工艺参数,通过I-V特性曲线可知该高压N-LDMOS器件的关态和开态击穿电压都达到500V以上,开启电压为1.5V,而且制备工艺简单,可以很好地应用于各种高压功率集成芯片。

非磁性航空金属构件检测中脉冲远场涡流传感器的仿真设计

在分析脉冲远场涡流检测原理的基础上,采用U型罩结构模拟管道,成功的将脉冲远场涡流技术应用到了非磁性金属平板的检测中;仿真设计了空心、聚磁、连通磁路3种传感器模型,比较了不同模型过渡区的远近、对缺陷检测的灵敏度及对不同厚度平板的检测能力。仿真结果表明:带连通磁路的传感器模型不仅可以将激励与检测线圈之间的距离从20mm缩短至10mm,还可以提高对缺陷检测的灵敏度,同时,带连通磁路的传感器模型对厚度为11mm以上的平板具有更强的检测能力。

磁驱动金属飞片速度理论近似解析

从能量守恒关系出发,在一定假设的基础上,提出了一个近似估计磁驱动金属飞片速度的一维物理模型。该模型考虑了磁驱动过程中工作区电感的动态变化以及烧蚀能、磁场能的影响;用3个实验例子验证了该模型的有效性。结果表明,在无冲击形成以及飞片内能累积不大的情况下,用该模型可准确估计飞片的速度。

燃料电池发动机用金属流场板电堆性能的试验研究

对某型金属流场板燃料电池电堆进行了性能试验,对其特性曲线和单电池一致性进行了分析。结果表明,该电堆最大功率27.5 kW,对应电压78 V,单电池一致性随着电流负载的增大而下降。对比该电堆与某石墨流场板燃料电池电堆表明,在相同电流密度下前者单电池电压低于后者,但单电池一致性比后者好。

采用硅和PDMS的堆栈式微型直接甲醇燃料电池的设计和制作

在堆栈式微型直接甲醇燃料电池μ-DMFC(Micro-Direct Methanol Fuel Cell)中,为了避免硅基流场板因为封装压力过大而破裂,采用了硅和PDMS(Polydimethylsiloxane,聚二甲基硅氧烷)材料分别制作阳极和阴极流场板。首先,采用微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术制作硅基阳极流场板。其次,通过铜箔与阴极流场板一体成型、有机清洗和PDMS表面活化等改进措施显著提升了PDMS阴极流场板金属化的能力。最后,比较和分析阳极流场板上3种不同结构的流道形式的堆栈式μ-DMFC的输出性能。实验结果表明,活化后的PDMS阴极流场板与Cr/Au的粘附性能和粘接强度显著提高,同时阳极流场板的流道一半开设为凸台,一半开设为通孔时,其堆栈式μ-DMFC的输出性能最优。最大输出电流密度为81.25 mA/cm2,最大输出功率为7.73 mW/cm2。采用硅和PDMS材料分别制作流场板,不仅简化了堆栈式μ-DMFC的结构,而且能够缓冲锁紧力,有效保护硅基阳极流场板。同时优化阳极流场板上的流道结构,能够有效提升堆栈式μ-DMFC的输出性能。

导电平板中的远场涡流特性

远场涡流现象一直被认为仅在管道中才存在，而远场涡流效应的远场涡流检测技术的最大特点在于它能以同样的灵敏度检测管内、外壁缺损，不受集肤效应的限制。在管道远场涡流检测机理研究的基础上，本文运用有限元法对导电板材中的远场涡流现象的产生及其特性进行了数值仿真研究，提出了采用磁路和磁电组合屏蔽控制与导引能量流的扩散实现了在导电平板中产生远场涡流效应，阐明了其形成机理并研究工作频率、平板厚度及气隙等参数变化对导电平板中远场涡流现象的影响，将之与管道中的远场涡流现象规律进行了比较，为导电板材的远场涡流检测技术奠定了基础。

基于UTC结构的非磁性平板脉冲远场涡流传感器参数优化的仿真分析

飞机多层结构中深层缺陷的定量评估是目前航空无损检测领域面临的一个难点问题,传统无损检测方法需要对飞机结构拆卸后进行检测,这样既增加了费用又无法满足飞机外场检测的需求,远场涡流技术由于不受集肤效应的限制,其可实现原位检测的优点成为解决此难题的有效途径。在分析了非磁性平板构件脉冲远场涡流检测技术所存在问题的基础上,通过设计基于UTC结构的传感器使得平板构件检测中也产生了远场效应。同时,对UTC结构中材料属性、UTC结构长度和厚度对检测结果的影响进行了仿真分析,得到了其优化设计的准则。

表面化学镀镍四针状氧化锌场发射特性

利用化学气相沉积法制备四针状氧化锌(T-ZnO),将T-ZnO粉末转移到涂覆有银浆的ITO衬底上,再将TZnO阴极进行快速化学镀镍,得到了T-ZnO/Ni阴极.运用扫描电子显微镜与透射电子显微镜对T-ZnO粉末、T-ZnO阴极、T-ZnO/Ni阴极的表面形貌进行表征;运用X射线能谱仪与X射线衍射仪分别对T-ZnO/Ni阴极的成分与结构进行测试.结果表明,T-ZnO阴极经过化学镀镍后在阴极表面沉积无序的微晶态金属Ni.场发射测试表明,镍包覆T-ZnO阴极可降低开启场强(1.60 V/μm),提高场增强因子(7 190).

PEMFC薄金属流场板冲压成形有限元模拟

流场板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要元件之一。寻求一种操作成本低,容易批量生产的金属流场板加工方法,板料冲压成形是最佳候选。基于弹塑性有限元变形理论,采用有限元软件DYNAFORM建立质子交换膜燃料电池流场板冲压成形过程有限元模型。分析了变形过程中应变、厚度分布情况模拟结果验证了板料冲压成形应用在金属流场板加工上的可行性。

一种高压功率器件场板技术的改进与设计

为了解决功率器件高击穿电压与减小表面最大电场需求之间的矛盾,提出了一种高压功率器件终端场板改进方法。通过调节金属场板和多晶硅场板的长度,使金属场板覆盖住多晶硅场板,最终使得两者的场强相互削弱,从而减小表面最大电场。采用TCAD(ISE)软件对该结构进行仿真验证,结果表明该结构能够在保证高耐压的前提下减小表面最大电场。基于所提方法,设计出了一种七个场限环的VDMOSFET终端结构,其耐压达到了893.4 V,表面最大电场强度只有2.16×105 V/cm,提高了终端的可靠性。

层流介质中金属板腐蚀电位分布研究

为了研究流动介质中产生的静电场,结合电化学和流体力学相关知识建立层流介质中金属板模型,利用贝塞尔函数展开及其逆运算推导出在三层介质中基于点电荷模型的腐蚀电位解析表达式,同时计算出金属板产生的电场。运用推导出的解析表达式计算出在流动介质中任意场点处金属板随不同流速产生的腐蚀电位,并通过实验验证结果的正确性。结果表明,对层流条件下电化学反应产生的电流密度所建模型的结果与实验测量数据吻合度较高,同时电场分布也会随着流体流速及层流方向上长度的变化而发生变化。

0.5μm AlGaN/GaN HEMT及其应用

报道了采用I线步进光刻实现的76.2 mm SiC衬底0.5μm GaN HEMT。器件正面工艺光刻均采用了I线步进光刻来实现,背面用通孔接地。栅脚介质刻蚀采用一种优化的低损伤RIE刻蚀方法实现了60°左右的侧壁倾斜角,降低了栅脚附近峰值电场强度,提高器件性能和可靠性。研制的GaN HEMT器件fT为15 GHz,fmax为24 GHz,6 GHz下的MSG为17 dB,满足C波段及以下频段应用要求。对1.25 mm栅宽GaN HEMT在2 GHz、28 V工作电压下的负载牵引,最佳功率匹配的功率附加效率66%,对应输出功率以及功率增益分别为38.0 dBm和17.3 dB。对大栅宽GaN HEMT器件的版图进行了优化以利于散热,并将其应用于输出功率60 W的L波段功率模块末级开发。

基于76.2mm圆片工艺的GaN HEMT可靠性评估

报道了利用76.2 mm圆片工艺实现了SiC衬底GaN HEMT微波功率管的研制,并对其进行了多项试验以评估其可靠性。器件工艺中通过引入难熔金属作器件肖特基势垒,有效提高了GaN HEMT器件肖特基势垒的热稳定性,经过500°C高温处理30 s后器件肖特基特性依然保持稳定。随后的高温工作寿命试验表明,该GaN HEMT能够经受225°C结温500 h的工作而未发生失效,但器件的饱和电流出现了退化,进一步的分析表明引起器件饱和电流下降的主要原因是电迁徙引起的欧姆退化。针对电迁徙现象进行了相关工艺的改进,对改进后器件的三温加速寿命试验表明,器件在150°C结温下平均失效时间(MTTF)达4×105h,激活能为1.0 eV。将研制的GaN HEMT管芯用于了两级级联结构的C波段功率模块,对研制的功率模块在28 V工作电压125°C结温下进行了射频工作寿命试验,增益压缩5 dB下连续波工作1 000 h后输出功率变化量小于0.1 dB。

横向磁场中的功的互等定理

对于两个具有相同的材料、尺寸和形状,但可以具有不同的不变横向磁场作用,还可以具有不相同的静力边界条件和位移边界条件的金属模板进行了分析研究,并在这两个金属模板之间建立了功的互等定理。作为算例,应用该互等定理计算了在横向磁场中两对边简支和另两对边固定金属薄矩形板的固有频率。计算表明,该定理简便实用,适合于工程实际应用。

磁场中薄板功的互等定理

对于两个具有相同的材料、尺寸和形状,但可以具有不同的不变横向磁场作用,还可以具有不相同的静力边界条件和位移边界条件的金属模板进行了分析研究,并在这两个金属模板之间建立了功的互等定理。作为算例,应用该互等定理计算了在横向磁场中两对边简支和另两对边固定金属薄矩形板的固有频率。计算表明,该定理简便实用,适合于工程实际应用。

模板电解金属双极板表面流道的试验研究

随着燃料电池微型化的发展趋势,金属材料制成的双极板成为未来双极板发展的主要方向。以加工双极板表面多通道蛇形流道为例,提出采用模板电解加工金属双极板上的微流道结构。建立模板电解加工间隙内电场的数学理论模型,并利用有限元软件对模板电解加工微流道的成形过程进行模拟,研究加载电压对模板电解加工过程中阴阳极表面电场分布的影响。搭建模板电解试验平台,通过试验研究直流和脉冲加载电压对流道形貌和定域性的影响。模拟与试验结果表明,采用脉冲小电压可减小流道的杂散腐蚀,提高模板电解加工的定域性。