石墨烯−Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其防腐性能研究

为研制具有高防腐性能的环氧树脂涂层,采用溶胶−凝胶法制备一种石墨烯/三氧化二铝复合材料(GA),并用硅烷偶联剂Z−6173对其改性后(GAZ)作为填料加入到环氧树脂(EP)涂料中。结果表明:三氧化二铝主要以α−Al_(2)O_(3)的晶型均匀包覆在石墨烯的周围;红外分析证明Z−6173成功对GA粉体进行了改性;EIS结果表明GAZ/EP涂层具有最佳的防腐性能,浸泡30 d后其低频区阻抗值为14.5 GΩ·cm^(2);盐雾测试结果表明GAZ复合材料的加入可以有效防止由石墨烯优良导电性造成的金属基底加速腐蚀的现象发生。

长波红外高透射率二维光子晶体设计及应用研究

近年来,如何提高红外探测器的光子吸收率是目前红外探测的重点研究之一,增加入射光的透射率是其中重要的一环。传统的多层减反膜受到粘附性,热失配和稳定性不足等问题在应用上受到一定限制。光子晶体是一种直接在光学表面加工微结构实现增透效果,不存在上述等问题,并且表现出较好的增透效果。但目前光子晶体设计结构复杂,对工艺加工带来困难。基于此本文设计了几种简单的ZnS光子晶体几何结构,包括长方体、圆柱体、六棱柱体和金字塔结构,在长波红外8~10μm波段内每种光子晶体结构的最佳平均透射率均在90以上,其中金字塔的增透效果最好。设计了金字塔阵列结构,透射率仿真结果表明金字塔阵列间隙在一定范围内均能保持98以上的透射率。最后探究了不同基底材料碲镉汞厚度和温度对光子晶体透射率的影响。本文研究可为光子晶体增透研究和微纳光学器件设计提供一定的借鉴意义。

复合石墨烯/硅半球的宽带太赫兹超材料吸收器

提出了一种性能可调的宽带、极化与入射角不敏感的超材料太赫兹吸收器,该吸收器自上而下分为四层结构,分别是:硅半椭球/半球体复合结构、连续石墨烯层、PDMS介质层和金属背板。通过在TE波垂直入射条件下仿真,在已知结果基础上,对不同石墨烯化学势和不同结构条件下的电场结果分析表明,在硅半椭球/半球体亚波长复合结构所形成的连续、多模法布里-珀罗共振,以及由石墨烯所激发的多个离散的等离子体共振的协同作用下,其吸收光谱得到平滑和扩展,使该结构可实现吸收率宽范围可调,以及接近100%吸收率的宽频带吸收特性。特别的,当石墨烯化学势分别为0.2与0.9 eV时,其分别可获得约5.7 THz与7 THz的宽带太赫兹波吸收(吸收率超过90%),且其最大吸收率接近完美吸收(约99.8%)。此外,该结构还具有360°极化不敏感和高于60°的入射角不敏感等优异特性,在以上角度范围内,吸收器吸收率仍可保持到90%以上。在太赫兹波探测、光谱成像以及隐身技术等方面具有潜在的应用前景。

n=2 Ruddlesden-Popper Sr_(3)B_(2)Se_(7)(B=Zr,Hf)非常规铁电性的第一性原理研究

近年来,层状钙钛矿材料中存在的非常规铁电性为新型铁电体设计提供了新的途径.基于第一性原理,本文系统研究了具有Ruddlesden-Popper (RP)(n=2)结构的Sr_(3)B_(2)Se_(7) (B=Zr, Hf)化合物的基态结构、电子结构和非常规铁电性.研究表明, Sr_(3)B_(2)Se_(7) (B=Zr, Hf)基态均为具有A2_(1)am极性相的直接带隙半导体;其非常规铁电性来源于BSe_6八面体的两种旋转模式的耦合.而且,因具有较强的铁电极化值与可见光吸收带隙, Sr_(3)B_(2)Se_(7) (B=Zr, Hf)有望成为新一代铁电光伏材料.

不同过充倍率条件下三元电池热失控特性研究

采用更具有参考意义的90%健康状态(SOH)的48 Ah三元方形铝壳动力电池为研究对象,分别在0.3 C,0.5 C,1.0 C和1.5 C倍率下进行过充致热失控对比实验。研究发现,在1.5 C过充倍率下,电池没有发生爆炸,仅会剧烈燃烧。热失控过程中,电压曲线存在3个拐点,随着过充电倍率的增加,电压开始缓慢下降点A的电压V_(A)和电压骤升点B的电压V_(B)会增加,并且从点A到电压骤降点C的时间也会缩短,在1.5 C时从点A到点C的时间为303 s,反应时间大于5 min,因此,建议将充电过程中,电压达到最高点后的持续下降作为热失控预警的参考。

高性能质子交换膜燃料电池膜电极研究进展及设计策略

质子交换膜燃料电池具有绿色、可持续、功率高等优点,是解决环境与能源问题的一个重要途径.膜电极是其核心部位,是反应时电子、质子、反应气体和产物水等多相物质传递及电化学反应的重要场所.设计和制备具有高活性和高耐久性的膜电极对提高质子交换膜燃料电池的性能、降低制造成本至关重要.因此,从催化剂本征活性提高、催化剂层结构设计和气体扩散层/催化剂层/质子交换膜界面结构设计3个方面总结了提升膜电极性能的相关方法,并对其未来的相关研究和发展做了述评及展望.

大面阵碲镉汞芯片的耦合热应力模型与结构优化

针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题,通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型。借助此模型进行热应力分析,发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力,同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达225.69 MPa)。进一步对芯片的结构进行了优化,获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度。此外,仿真结果表明,单面铟是热应力较低的铟柱结构,减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力。所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导。

磷掺杂对碳载铂催化剂氧还原催化性能的影响

为探索合成具有高催化活性和稳定性的质子交换膜燃料电池的新型低铂催化剂,本工作使用改进的浸渍还原法,成功制备了磷掺杂改性的碳载铂催化剂(P_(x)-Pt/C)。通过对系列P_(x)-Pt/C的电化学性能测试,发现磷掺杂能够提升Pt/C的氧还原反应催化性能,其中P_(1.5)-Pt/C的质量活性是商业催化剂JM20Pt/C的1.6倍。在10000圈的加速老化测试后,P_(1.5)-Pt/C电化学活性面积增加2.92%,质量活性衰减43.87%;而JM20Pt/C的电化学活性面积减少33.70%,质量活性衰减53.33%。可以看出,磷掺杂有利于提升Pt/C催化剂氧还原反应的催化活性和稳定性。

周期性分流微通道的结构设计及散热性能

微通道散热器在集成电路中具有重要应用,但目前传统的长直微通道散热过程导致温度不均匀,散热效率较低.本文设计了一种周期性分流微结构并与传统微通道进行集成,实现了一种高效率的周期性分流微通道散热器.基于以上周期性分流微通道,系统研究了单根微通道内微结构数目、微结构的排布方式及结构参数对其散热性能的影响.结果表明,引入的分流微结构可增大换热面积、打破原有层流边界层、促进冷/热冷却液混合、显著改善微通道散热性能.在100 W/cm^(2)的热流密度下,入口端冷却液流速为1.18 m/s时,单根微通道内引入9组微结构后,其最高温度下降约24 K,热阻下降约44%,努塞尔数增大约124%,整体传热性能(PEC)达1.465.进一步地,微结构采用交错渐变的周期排布方式,沿流动方向逐渐变宽的扰流元使得冷却液被充分利用,减少了高/低温区的存在且缓解了散热面沿流动方向存在的温度梯度,压降损失相较于均匀排布也有一定程度的降低,有效提升了散热效率.本文提出的周期性分流微通道将在大功率集成电路及电子冷却领域中具有广阔的应用前景.

PECVD法制备高结晶GaN薄膜及其光电响应性能

采用一种简单、绿色、低成本的等离子增强化学气相沉积(PECVD)法,在950℃下成功制备了高结晶质量的GaN薄膜.为了提高GaN薄膜结晶质量和弄清GaN薄膜光响应机制,研究了GaN缓冲层制备温度对GaN薄膜结晶质量和光电性能的影响.研究表明,随着GaN缓冲层制备温度的增加,GaN薄膜的结晶质量先提高后降低,在缓冲层温度为875℃时,结晶质量最高,此时计算得出的总位错密度为9.74×10^(9)cm^(2),载流子迁移率为0.713 cm^(2)/(V·s).经过退火后,GaN薄膜的总位错密度降低到7.38×10^(9)cm^(2),载流子迁移率增大到43.5 cm^(2)(V·s),此时GaN薄膜光响应度为0.20 A/W,光响应时间为15.4 s,恢复时间为24 s,可应用于紫外光探测器.通过Hall测试和X射线光电子能谱仪分析得出,GaN薄膜内部存在着N空位、Ga空位或O掺杂,它们作为深阱能级束缚和复合光生电子和空穴,使得光响应度与偏压呈抛物线关系;另外,空位和O掺杂形成的深阱能级也是导致GaN薄膜的光电流响应和恢复缓慢的根本原因.

基于多层石墨烯的高性能宽带红外吸收器

石墨烯基复合材料在红外探测隐身方面具有广泛的应用前景,但如何提升其宽带全方位红外吸收特性还缺少系统的研究工作。设计了一种光学介质层与石墨烯层交替分布的二元石墨烯基复合微纳结构红外吸收器,并采用传输矩阵方法系统地研究了其红外吸收特性。结果表明,可通过调控石墨烯层数以及结构周期使红外电磁波在该结构中产生显著的增益和损耗共振耦合效应,在8~14μm全波段内的吸收率高于80%,在10.0~13.3μm波段内的吸收率高于90%,带宽最大为3.3μm。此外,该微纳结构在大角度(0°~60°)斜入射下表现出红外吸收偏振不敏感特性。该研究结果将为新一代石墨烯基柔性宽频带大角度可调谐红外吸收微纳结构的设计与应用提供新思路,也为实现新一代柔性轻质隐身或伪装薄膜材料提供了可行的技术方法与实现途径。