超磁致伸缩材料叠堆结构动态涡流损耗模型及性能分析

基于麦克斯韦方程,通过求解GMM棒叠堆结构在时谐激励磁场下沿轴向的内部磁场分布,建立了GMM棒叠堆结构的动态涡流损耗模型,分析了叠堆结构应用中的涡流损耗特性。与仿真结果对比,验证了模型的准确性,并对其误差进行分析,对磁感应强度进行了修正,并且分析了叠堆结构涡流损耗性能的因素,为GMM的实际应用提供理论依据及指导。

基于堆叠滤波结构的高电压比低纹波隔离型DC-DC制氢变换器

氢能是未来新能源电力系统中一种重要的储能方式,DC-DC制氢变换器则是连接新能源系统直流母线和电解槽的关键设备。在制氢这种大电流应用场景中,现有的大电流DC-DC变换器拓扑通常难以兼顾高效率、高电压转换比和低输出电流纹波等指标要求。为此该文提出一种基于堆叠滤波结构的DC-DC制氢变换器,该堆叠滤波结构是简单的软开关电路,具有低功耗特点,可并联于变换器输出侧有源补偿输出电流纹波,使得纹波消除不再依赖繁重的无源滤波器和高开关频率,从而提升变换器效率。此外,提出一种半波导通控制方式,该控制作用于变压器二次侧的两相交错Buck电路,可有效提高变换器的电压转换比。分别对提出的制氢变换器的拓扑原理、控制方式、参数选取和性能进行了详细的理论分析,最后通过PSIM仿真和240 W/20 A的实验样机对DC-DC制氢变换器进行了验证。

三维集成堆叠结构的晶圆级翘曲仿真及应用

随着先进电子封装产品对低成本和高性能的需求不断提高,三维集成技术以其传输速度快、功耗低、封装尺寸小、系统集成度高等优势,逐渐成为一个主流研发方向。三维集成封装通常采用晶圆级制造技术,由于半导体制造工艺及三维结构设计的复杂性,加之晶圆尺寸增大、厚度减小等发展趋势,使得有效控制晶圆翘曲以保证产品良率和可靠性面临着更大挑战。针对12英寸晶圆的典型三维集成结构,采用有限元仿真分析方法,研究多层薄膜堆叠产生的晶圆翘曲。对临时键合、晶圆减薄、晶圆键合及解键合等不同晶圆制造工艺中的翘曲变化进行了模拟计算,并选取关键工艺及设计参数进行评估与优化。通过对比实际产品的测量结果验证了仿真模型的合理性,运用仿真方法为产品设计提供了参数选择的指导依据。

叠堆结构对超磁致伸缩材料涡流损耗影响的研究

针对超磁致伸缩材料中的涡流损耗与集肤效应对材料性能的影响,研究叠堆结构对Terfenol-D棒状材料的涡流抑制作用。基于经典的Maxwell方程组所构建的叠堆结构棒状Terfenol-D的涡流损耗模型,结合材料自身特性,研究切片厚度与环氧树脂黏贴厚度等叠堆结构参数对材料涡流损耗的影响。基于ANSYS平台进行了仿真实验,结果显示,在使用8×50 mm的Terfenol-D棒的情况下,切片数为5、黏贴厚度为0.1 mm的设计方案可有效抑制叠堆结构超磁致伸缩材料的涡流损耗效应。

热电堆式MEMS气体流量传感器设计及性能研究

提出一种由微加热器和热电堆构成的热式MEMS气体流量传感器用以实现高灵敏、快响应且低功耗的气体流量检测。采用N/P型重掺杂多晶硅材料构造双层堆叠的热电堆结构,可以实现低热导和高塞贝克系数,具有更高的温度敏感性。实验测试表明,该传感器件在0~1000 sccm的气流范围内灵敏度可达0.309 mV/sccm(58.22 mV/ms-1),响应时间仅约139 ms,其工作电压为2.56 V时,微加热器的加热功耗仅有34.9 mW。该器件的整体尺寸仅有1300 mm×1300 mm,有利于检测系统的小型化和集成化,在动力氢燃料电池、医疗辅助呼吸设备等流速流量检测场景中具有一定应用价值。

碳纤维管周期性堆叠结构的强度研究

提出了一种碳纤维管周期性堆叠结构,探索并采用经济可行、高效稳定的制备工艺流程,对该工艺制备出的试件进行准静态压缩试验和冲击试验。试验结果表明,本文提出的制备工艺流程合理可行,利用该工艺得到的结构具有较高的比强度和较好的抵抗冲击破坏的力学特性。依据试验现象,可以得到该周期性堆叠结构在准静态压缩载荷和冲击载荷下的主要失效形式为脆性断裂和脱胶。

柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器建模与实验

为满足新型电液伺服阀的驱动要求,设计了柔性铰链放大的叠堆式超磁致伸缩致动器(FASGMA),建立了FASGMA输出位移模型,并进行了实验验证和分析。首先,根据传统GMA偏磁施加方式的特点和不足,采用永磁体和GMM棒交替排布的结构形式,设计了叠堆式超磁致伸缩致动器(SGMA),并利用柔性铰链机构放大其输出位移;然后,根据SGMA的结构特点,建立了反映轴向分布不均匀性的SGMA应变模型;接着,利用力学基本原理和有限元法对柔性铰链机构的放大比和固有频率进行了分析,提出了结构优化设计的方法,完成了放大机构结构参数的确定;在此基础上,考虑SGMA与放大机构的相互作用以及SGMA轴向应变分布规律,建立了FASGMA多自由度位移模型,确定了自由度的合理取值;最后,搭建了FASGMA测试系统,进行了阶跃和正弦激励实验,完成了模型验证。结果表明:实验与模型计算结果吻合,证明了模型准确性;在阶跃激励下,FASGMA最大位移约为130μm,响应时间约为70 ms;正弦激励下,FASGMA工作频带为60 Hz,对激励信号有较好的跟随特性。

5.8GHz堆叠式功率放大器设计

基于2μm GaAs HBT工艺,采用堆叠晶体管结构设计了一款5.8GHz功率放大器。通常堆叠式功率放大器在高频情况下,上下两层晶体管间需要电感来完成功率匹配,在芯片设计中其电感会增加版图面积和级间功耗,为此该设计则利用上层晶体管的基极与地之间的串联电阻、电容等效成堆叠结构级间的感性负载,从而减小了级间的损耗与匹配难度。实测结果表明,该堆叠功率放大器在5.8GHz时增益为20.6dB,饱和输出功率为29dBm,饱和输出时功率附加效率达到36.4%,芯片面积仅为1×0.85mm2。

一种用于堆叠结构有机发光二极管的新的电荷生成层

本文报道了一种用于堆叠结构有机电致发光器件的新的电荷生成层:LiF/Al/V2O5,采用这种电荷生成层的堆叠器件的两个发光单元互相独立,不受影响.说明在外加电场下,这种电荷生成层具有向邻近的发光单元注入电子空穴的能力.而堆叠了两个相同发光单元的器件的电流效率在相同的电流密度下约为普通单层结构的1.7倍.同时这种电荷生成层避免了溅射indium tin oxide(ITO)和金属、有机物共掺,只需要热蒸发,生长工艺简单.

InAs基范德华异质结界面电荷转移特性第一性原理计算的研究进展

由低维InAs材料和其他二维层状材料堆叠而成的垂直范德华异质结构在纳米电子、光电子和量子信息等新兴领域中应用广泛。探索跨结界面的电荷转移机制对于全面理解该类器件的非凡特性至关重要。第一性原理计算在揭示界面电荷转移特性与各种能量稳定型InAs基范德华异质结的电、光、磁等原理物理特性和器件性能变化之间的内在关系方面发挥着不可比拟的作用。文中梳理、总结和探讨了近年来InAs基范德华异质结间界面电荷转移特性的理论研究工作与潜在的功能应用,提出在理论方法和计算精度方面大力发展第一性原理计算的几个途径,为更好地开展InAs基范德华异质结的基础科学研究和应用器件设计提供可借鉴的量化研究基础。

超磁致伸缩材料动态涡流损耗模型及试验分析

超磁致伸缩材料Terfenol-D以其大磁致伸缩系数、快速时间响应及高能量密度的特点较广泛应用于高频动态领域,如超声换能器及振动主动控制结构等。磁性材料在高频磁场驱动条件下会产生涡流损耗,工作频率越高,涡流损耗越大,导致超磁致伸缩器件的输出功率显著降低。通过分析影响涡流损耗大小的关键性因素涡流截止频率与集肤深度,得到有效抑制涡流损耗的方式包括降低材料的电导率以及采用叠堆结构材料。采用经典的基于麦克斯韦方程组的涡流损耗模型,分析高频条件下磁场在整体结构与叠堆结构内部的分布,并通过试验比较两种超磁致伸缩材料结构的涡流损耗对材料阻抗频谱曲线、振动幅度的影响。试验结果显示叠堆结构的超磁致伸缩材料能够大幅度地抑制涡流损耗,其模型与试验结果相吻合。

压气机静子上游容腔优化设计研究

从3个方向对压气机静子上游容腔进行优化设计,采用数值模拟方法对优化效果进行分析。结果表明:开槽处理会破坏流动连续性,开槽位置对流动性能的影响较大,且开槽处理方案对封严性能提升效果不明显;右端壁与左端壁两种倒圆结构在叶栅通道出口截面的总压损失系数分别下降了0.395%和0.342%;两种堆叠结构叶栅出口截面的总压损失系数分别下降2.72%和3.11%,弧形拐角的堆叠结构封严性能更优。

基于改进深度森林算法的软件缺陷预测

软件缺陷预测是合理利用软件测试资源、提高软件性能的重要途径。为处理软件缺陷预测模型中浅层机器学习算法无法对软件数据特征进行深度挖掘的问题,提出一种改进深度森林算法——深度堆叠森林(DSF)。该算法首先采用随机抽样的方式对软件的原始特征进行变换以增强其特征表达能力,然后用堆叠结构对变换特征做逐层表征学习。将深度堆叠森林应用于Eclipse数据集的缺陷预测中,实验结果表明,该算法在预测性能和时间效率上均比深度森林有明显的提升。

一种应用于ITS的三频微带天线的设计

设计了一种应用于智能交通系统(ITS)的三频微带天线,分别工作在GPS(1.575GHz)、WLAN(2.45GHz)以及DSRC(5.8GHz)。采用堆叠结构实现大的双频比,其中顶层贴片工作在DSRC,底层贴片通过边缘处加载四个相等矩形槽来实现双频。通过在方形贴片的一个对边边缘处加载两个相等的矩形槽来实现圆极化。通过调整对角线上馈电点位置、平移顶层贴片以及改变底层贴片上的过孔大小来实现频带内的阻抗匹配。仿真和测试结果表明吻合良好,该天线在三个频段内有着良好的阻抗匹配、轴比以及辐射方向图,能够满足设计要求。

氮化硼表面改性及其对PVC膜耐碱性能的影响

为了利用六方氮化硼(h-BN)二维的层层堆叠结构延缓聚氯乙烯(PVC)膜在碱性介质中的腐蚀速度,采用异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NZD-201)对h-BN进行化学改性,得到Mh-BN,并通过物理共混的方法将Mh-BN添加到PVC基体中,制备Mh-BN/PVC膜。通过失重率、物理尺寸变化、力学、色差、表观形貌等对该膜的耐碱性能进行分析。结果表明:相比于h-BN,Mh-BN表面能从59.69mJ/m^(2)下降至52.64mJ/m^(2),与PVC膜极性更加接近,相容性改善;接枝NZD-201可提升其与PVC基体的界面结合力;当Mh-BN的质量分数达到2.0%时,其在PVC膜中堆叠形成较为致密的“迷宫”结构,可有效阻隔碱性介质对PVC膜材的腐蚀,Mh-BN/PVC膜的失重率从13.33%下降至8.16%,拉伸应变保持率从62.11%提高至93.66%。耐腐蚀性能的提升对于扩展传统PVC膜的应用领域具有重要意义,该方法制备简单,结构可控,为耐腐蚀PVC膜的制备提供了理论参考。

先进电子器件封装中键合引线的电磁特性

通过仿真键合引线不同拱高、直径和数量对回波损耗的影响,探究了高频下先进封装结构中典型键合引线的电磁特性,以指导其优化设计。结合其电磁全波仿真模型建模,提出了改进的"T"型等效电路并解释了相关现象和结论。仿真结果表明,相比直径为25μm的键合引线,75μm的同类引线在6.8 GHz处可将回波损耗改善近10 dB;拱高为0.15 mm的键合引线比0.35 mm的键合引线在7.4 GHz处可将回波损耗改善约12.3 dB;采用三根线并联的连接方式相比单根的成本较高,但在全频段回波损耗均可得到改善。最后研究了芯片堆叠结构中键合引线不同连接方式的电磁特性,结果表明,转接式相比直连式具有更好的传输特性和较低的电磁干扰。

超材料宽带圆偏振器的研究进展

超材料因其独特的性质可以作为选择圆偏振光的器件,即圆偏振器。随着偏振分辨成像系统的重要性日益增强,圆偏振器已被用于增强对比度、圆偏振显微镜以及生物分子的检测,如氨基酸、DNA和具有固有手性结构的葡萄糖,尤其是在可见光波长下工作的圆偏振器已经引起了人们广泛的关注,已被用作控制复杂显示系统中光的偏振态的关键光学元件。然而通过传统方法获取圆偏振器有很大的局限性,如体积庞大、工作带宽窄等,极大地限制了它们的发展。近几年来,超材料中螺旋结构和堆叠结构的提出,促进了宽带圆偏振器的发展。本文简述了超材料中螺旋结构和堆叠结构形成宽带圆偏振器的偏振原理,详述了两种结构作为宽带圆偏振器的数值模拟和实验研究进展。

Tensile fracture of as-cast and hot rolled Mg-Zn-Y alloy with long-period stacking phase

An experimental Mg97Zn1Y2(molar fraction,%)alloy was produced by rolling the as-cast alloy.The microstructure of the alloy is composed of theα-Mg(also marked as 2H-Mg with reference to long-period stacking structure according to hexagonal close packed structure)and long-period stacking(LPS)phase.Tensile tests of Mg97Zn1Y2 alloy in comparison with pure Mg were conducted.The fracture morphologies of the tensile specimens were characterized and the microstructures near fracture surface were observed.The results show that the rolled Mg97Zn1Y2 alloy shows a mixed fracture mode including dimples indicating a ductile fracture pattern and a small fraction of cleavage planes indicating a brittle fracture pattern,which is different from the single brittle fracture of the as-cast alloy.In addition,the plastic deformation is mainly from dislocations induced strain with small strengthening effect during plastic deformation in the as-cast Mg97Zn1Y2 alloy,and the strain hardening rate is similar to that of the as-cast pure magnesium.The deformation mechanism of Mg97Zn1Y2 alloy is different from that of the pure magnesium according to a metallographical observation that whether twins are found or not.The strengthening effect hardly exists in the rolled Mg97Zn1Y2 alloy under the same dislocations induced strain,which is different from that of the as-cast alloy with moderate strengthening effect.

环栅纳米线FET自热效应及微尺度空间效应研究

研究了纳米线高度与纳米线宽度对5 nm制程垂直堆叠式环栅纳米线场效应晶体管(GAA NWFET)中自热效应及微尺度空间效应的影响机理。利用Sentaurus TCAD软件对不同尺寸的纳米线器件性能进行仿真,采用控制变量法,以0.5 nm为步长,分别将纳米线高度及宽度从4 nm增加至8 nm。仿真结果表明,当纳米线高度及宽度分别取4 nm和6.5 nm时,可最大程度规避微尺度空间效应对载流子迁移率的影响,并有效提升散热能力,使器件开态电流增加44.4%,沟道热学电阻减小60.3%。此外,设置纳米线高度为4 nm,依次将顶部/中部/底部沟道的纳米线宽度从6.5 nm增加至8 nm,发现当底部沟道的纳米线宽度相等时,增加靠近体硅处的沟道宽度更有利于改善器件的电热性能。

一种高线性度的射频收发开关的设计

基于0.18μm射频锗硅工艺,提出了一种可广泛应用于无线通信系统的低插入损耗和高线性度的射频开关电路。该电路利用特殊的深N阱工艺、高衬底电阻器件,采用经典的串并联堆叠结构开关电路,实现了低插入损耗和高线性度的目的。测试结果显示:在频率为2.4 GHz下,插入损耗,隔离度和1 dB压缩点分别为-1 dB,-34 dBm和23 dBm。