序言:深圳先进电子材料国际创新研究院专题

先进电子材料是集成电路的三大要素之一,是电子信息产业的重要基础和支撑。当前,电子材料的核心技术一直被美国、欧洲和日本垄断,近年来崛起的韩国以及中国台湾地区也具备了大量的电子材料核心技术。我国目前已经成为全球最大的电子信息产品制造基地,但我国电子信息产业仍存在对外依存度高、国内企业规模普遍较小、竞争力不强等问题。造成这一现状的核心问题在于电子材料领域缺乏连接基础研究和产业应用的平台,产业科研能力和产业人才的培养与世界水平相比存在着明显的差距。因此,电子材料领域如何在此形势下补足差距、发展壮大,已成为我国战略层面顶层设计的重要内容。先进电子材料创新平台建设是我国重要研究方向之一,也先后被列入国家科技部“十三五”国家重点研发计划、国家重大科技基础设施建设中长期(2012—2030)规划、《中国制造2025》等科技计划中。

燃料电池用跨温区质子交换膜材料研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种电化学能量转换器件,能将燃料中的化学能转换为电能,具有高效、清洁、寿命长等优点,可应用于动力电池、固定式和便携式电源等领域。质子交换膜(PEM)是其中的关键部件,主要用于隔离阴阳两极和传递质子等。但当前质子交换膜燃料电池的发展面临着成本高、寿命不足等挑战。本文结合近年的研究热点,从质子传输机制出发将质子交换膜燃料电池分为磺酸功能化PEM和磷酸掺杂型PEM两大类,从主链结构的差异以及改性方法等方面综述近年来的研究进展,详细介绍了材料的化学结构、膜材料性能、电化学性能等,并针对现存的一些问题和不足对质子交换膜燃料电池今后的发展方向进行了展望。

稀土离子掺杂钙钛矿纳米材料的光学性质及光电应用研究

金属卤化物钙钛矿材料具备可调的可见光谱区带隙、良好的载流子传输性能、长的电荷扩散长度、弱激子结合能、高吸收系数、高光电转化效率、高缺陷容忍度、良好的催化性能和简单的制备工艺等一系列独特的理化性质,使其在多种新兴光电技术领域备受关注。稀土离子具有丰富的4f能级跃迁效应,有望促使钙钛矿纳米材料的吸收、激发和发射,从而表现出范围宽且内涵丰富的量子行为和光电特性。面向实际光电应用的需求,稀土离子掺杂的钙钛矿纳米材料能够显著提升钙钛矿纳米材料的光电性质,解决钙钛矿纳米材料难以直接在近红外光区的应用,改善环境稳定性和含铅毒性的不足。总结了稀土离子掺杂钙钛矿纳米材料的结构性质、制备工艺、光学性质、稳定性及在光电领域应用的研究进展,并对其在新型光电技术领域的发展前景进行了展望。

无机杂化钙钛矿团簇材料:介尺度钙钛矿材料发光性质研究

近年来,介尺度钙钛矿材料体系中钙钛矿魔幻尺寸团簇(PMSCs)材料因具有优异的半导体特性而在新兴光电器件领域极具潜力。然而,介尺度PMSCs容易在合成过程中生成尺寸较大的介尺度钙钛矿量子点(PQDs),难以满足实际应用的需求。本研究采用配体辅助再沉淀(LAPR)方法,通过调节戊酸(VA)和油胺(OAm)配体比例制备了不同发光性质的无机杂化介尺度钙钛矿材料CsPbBr_(3) PMSCs、CsPbBr_(3) PMSCs/CsPbBr_(3) PQDs混合物和CsPbBr_(3) PQDs,研究并分析了PQDs和PMSCs的光学性质、形貌结构、稳定性和介尺度结构演变机理。研究发现,表面协同钝化配体VA和OAm的比例是反应能否生成介尺度纯相CsPbBr_(3) PMSCs的关键。而且,当VA和OAm配体的表面钝化效果越佳越易生成发光性质优异的纯相CsPbBr_(3) PMSCs。

低温等离子体降解偏二甲肼废水研究

该文研究了悬浮电极介质阻挡放电装置(FE-DBD)产生的低温等离子体对偏二甲肼废水的降解效果,并对处理条件进行优化。首先,对比了低温等离子体装置、氙灯和紫外灯降解偏二甲肼废水的效果;然后,考察了低温等离子体装置的放电间隙、初始溶液pH、工作时间和氢氧化钠加投量对偏二甲肼降解的影响;最后,探究了低温等离子体对偏二甲肼废水pH值的影响。实验结果表明,不加入其他试剂的情况下,低温等离子体装置降解偏二甲肼效果好于氙灯及紫外灯;装置放电间隙从4 mm缩短至2 mm,偏二甲肼降解率增加47.2%。随着等离子体处理时间的增加,偏二甲肼的含量降低,处理20 min即可降解82.1%偏二甲肼。同时,低温等离子体处理会引起偏二甲肼废水pH值下降,处理10 min后废水pH从10下降至6.9。废水初始pH在2~10时,偏二甲肼降解率随废水pH值的升高而增大:与pH=2相比,初始pH=10时偏二甲肼降解率增加65.9%。低温等离子体处理10 min后,往废水中加入氢氧化钠溶液至终浓度为1 mg/mL,再继续处理10 min,可将偏二甲肼降解率提高至95%。

基于高功率电磁脉冲的深海脉冲声源仿真和实验研究

工作性能稳定且方便平台搭载的高功率脉冲声源对于深海近海底地震勘探至关重要。该文研究了一种基于高功率电磁脉冲原理的深海脉冲声源,采用Comsol多物理场建模仿真、大电流测试和高速成像等手段,深入研究了高功率脉冲电路、线圈负载放电电流、电流激励的电磁力,以及电磁力驱动的发射板在空气介质中的振动特性,验证了所建立模型的准确性。通过不同水静压条件下的发射板振动高速成像发现,发射板的振动幅值随着水静压的增大而略有减小,振动频率不受水静压影响,从而验证了该类型换能器能够满足深水工作的条件。

多铁性材料的应变调控

多铁性材料是一种同时具有铁电、铁弹、铁磁等两种或者两种以上"铁性"的材料,可以通过多种序参量的耦合产生新的效应,在电子信息、传感、存储、无线网络等领域具备广阔的应用前景。当前在室温下具有强磁电耦合效应的多铁性材料仍然是学者们研究的重点,但基于多铁材料的器件还没有实现应用。应变工程是一种可以有效影响多铁材料物理性质的调控手段,通过晶格与电子、自旋、轨道等的相互作用来影响材料的电、磁、光、声等物理特性,因此通过应变调控多铁性薄膜结构和性能,受到了研究人员的广泛关注。本文通过调研多铁性材料中应变工程的研究,总结了应变调控手段及其对材料物理性能的影响,期望为多铁性材料的研究和发展提供研究思路。

20 MPa高压消声水池系统设计

随着我国深海探测活动的不断增多,适用于深海声学传感、声学通讯的各种换能器、传感器以及相关产品需求不断增加,同时对声学测试平台的要求也越来越高。该文提出了一种20 MPa高压消声水池设计方案,可以满足2 000 m水深以内的静压力测试,同时配以声学计量系统可实现不同水深条件下的声学性能测试。耐压舱采用圆柱形外壳,两端端盖为半球形,内部直径1.5 m,中心轴向长度3.0 m,舱顶部设有两个法兰窗口,窗口内径200 mm,中心间距1.0 m,可满足最大尺寸不超过0.1m的声学器件的测量。舱内部安装红松木质的消声尖劈。尖劈采用中空结构,安装后的舱内有效内径0.9 m,有效长度2.14 m(中心轴向)。声学测量(自由场互易法)的设计频率下限为10 kHz。基于Comsol声学模拟,10~58 kHz频段的回声干涉量大于1 dB,可采用脉冲波法测量,其中发射脉冲宽度不超过最短声程差230μs(声速1 500 m/s)。58 kHz以上频段的回声干涉量不超过1 dB,可采用连续波法测量。此外,舱内设有旋转转动机构和轴向伸缩机构,可满足不同角度和不同距离的测量要求,同时设有照明和摄像系统,满足实时观测的需求。舱内中间段的消声尖劈设计为可拆卸式,且一端舱盖为电动开合设计,因此也可满足较大尺寸仪器设备的静压力测试需求。

海底原位高分辨率二维时移地震探测系统设计

大规模开采海底天然气水合物存在地质灾害风险,因此需要对开采过程进行相关监测。时移地震可以反演水合物分解引起的储层沉积物地震反射特性变化。该文首次基于高分辨率多道地震,提出海底原位激发和采集的二维时移地震系统,给出了系统及主要组成部分的结构设计、流程设计和关键参数设计,并对设计过程和相关依据进行详细论述。该系统主要由深水电火花震源、深水多基元接收缆、多通道数据采集系统和电池组及其管理系统组成,同时还包括深水电机、深水电滑环、自动排缆器等辅助机构。其中电火花震源最大激发能量为1000 J,接收缆采用16个耐压20 Mpa的深水检波器构成,基元间距为1 m,接收的地震子波经16通道采集卡处理后进行原位存储。系统由锂电池进行供电,采用周期性唤醒的工作模式,设计水下工作2个月,每小时进行1次激发采集,最大工作水深为1500 m,最大地层穿透深度为250 m,最高分辨率为0.5 m。该系统的海底原位激发和采集可以完美实现采集数据的空间一致性,确保时移地震数据反演出水合物开采过程中储层沉积物地震反射特性变化。