基于高压静电纺丝法制备的P(VDF-TrFE)/ZnO/GR复合膜压电性能研究

提出了一种利用高压静电纺丝法制备P(VDF-TrFE)/ZnO/Graphene(以下简称GR)复合纳米纤维薄膜的方法,并对其压电性能进行了研究。首先,利用扫描电镜(SEM)观测复合薄膜的表面形貌并分析其X射线衍射(XRD)图谱。其次,将薄膜封装为三明治结构的压电纳米发电机(PNG)并研究了其压电性能。结果表明,含10%ZnO、0.1%GR的P(VDF-TrFE)/ZnO/GR复合薄膜压电纳米发电机开路输出电压和短路输出电流峰值为12.6 V、7.88μA,约是纯P(VDF-TrFE)薄膜的2.7倍、3.1倍。在激振力大小3.5 N,频率为5 Hz的条件下P(VDF-TrFE)/ZnO/GR压电纳米发电机的最大瞬时输出功率为33.85μW,持续激振21 min后,LTC3588-1毫微功率能量收集电源可以稳定输出3.3 V电压1.5 s。P(VDF-TrFE)/ZnO/GR压电纳米发电机具有良好的压电性能,具有成为自供电设备的潜力。

一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器及其在睡眠监测中的应用

针对日常睡眠监测的需求,提出一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/锆钛酸铅(PZT)压电传感器并对其性能进行了研究。首先,介绍了P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器的制作及封装流程。其次对其灵敏度,频率响应特性,瞬时响应和稳定性等进行了测试。结果表明,该传感器不仅具有良好的微观外貌形态,且相比于纯P(VDF-TrFE)压电传感器0.73 V/N的灵敏度,制备的含30%PZT的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器灵敏度是纯P(VDF-TrFE)压电传感器的2.5倍,达到了1.78 V/N。此外在低频下能够保持稳定压电输出且具备2 ms较快的响应时间。最后采用自制的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器测量人体心冲击信号,并通过支持向量机(SVM)训练睡眠分期模型实现了对睡眠质量的监测,四分类模型平均准确率达到72.5%,为可穿戴睡眠监测传感器的选择提供了参考。

基于静电纺P(VDF-TrFE)/BaTiO_(3)压电复合薄膜的制备及其性能

为了探究压电纳米发电机在给电子设备供电领域的应用潜力,提出一种在湿度变化的条件下通过静电纺丝法制备聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))/钛酸钡(BaTiO_(3))复合纳米压电薄膜的方法。利用扫描电镜、X射线衍射仪对压电薄膜进行表征,并以薄膜为基材制备纳米发电机,利用激振设备对其压电性能进行评估。激振实验表明,当纺丝环境相对湿度为65%时,由P(VDF-TrFE)质量分数为10%、BaTiO_(3)质量分数为1%的纺丝液制备的复合薄膜纳米发电机的压电响应输出最高,相较纯P(VDF-TrFE)提高了约2.0倍。实验表明,该纳米发电机可从日常运动中收集能量并为单片机供电,因此其在给低功耗电子设备供电领域具有较大的应用潜力。

PCIE-UART多端口控制器芯片的设计

自主研发了一款PCIE-UART多端口控制器芯片。首先,采用独立的256 Bytes TX/RX FIFO设计了单通道PCIE-UART控制器,实现了硬件流控、软件流控功能,其PCIE接口支持PCIE2.0,UART接口支持RS232/485/422;然后,将8路串口的TX/RX FIFO合并在一起,通过同步时分复用技术对每路串口的TX/RX FIFO进行读写操作,实现了数据的收发,并增加定时/计数器和16路MPIO功能;最后,在FPGA开发板上验证了芯片的功能和性能,并采用55 nm制程工艺和QFP208封装形式完成了设计芯片的制备。测试结果表明,研发的芯片达到工业自动化系统集成等领域对串口的性能要求。

集成PN结防护结构的薄膜换能芯片

研究设计了一种平面纵向集成PN结(半导体的空间电荷区)结构二极管的薄膜换能元芯片,并制作了3Ω和4Ω2种桥区电阻,每种电阻制备1.0 mm×1.0 mm、1.5 mm×1.5 mm、2.0 mm×4.0 mm 3种芯片尺寸,每种尺寸设计8,18,28,34 V 4种击穿电压的集成芯片样品,其中1.0 mm芯片对应4种击穿电压的芯片,1.5 mm、2.0 mm芯片对应34 V击穿电压进行静电对比试验。为研究集成防护结构对换能元的爆发性能的影响,对3Ω的1.0 mm集成芯片进行了发火试验测试。结果表明集成薄膜芯片尺寸越大,抗静电能力增强;芯片桥区电阻越大,越容易受到静电干扰损伤,其静电防护性能达500 pF/500Ω/25 kV。PN结结构的击穿电压越小,其旁路电流的能力越大,对换能元爆发性能的影响越大,击穿电压越大,对换能元的静电防护作用越小。对于33μF/16 V作用条件的火工品,选择18 V击穿电压的集成芯片说明集成薄膜芯片应用中需要根据换能元的工作电压选用合适的击穿电压,以保证集成芯片既可以防护静电干扰,不影响产品的正常作用。

高性能芯片物理实现的关键因素

影响高性能芯片的物理设计涉及多个关键因素,文章分析了其中主要的5个因素:标准单元库、核心IP库、布局布线、制造工艺、物理设计与EDA工具/Foundry的协作优化.通过对基本情况介绍,当前行业情况分析等,剖析了影响高性能芯片设计及制造的核心因素,对高性能芯片未来需要重点发展的方向提出了一些探讨思路.

结合融合特征与特征映射的空域图像隐写分析

为了更好地捕获隐写术对图像统计特征的改变,提高对隐写图像的检测率并解决特征映射问题,提出结合融合特征与特征映射的隐写分析方法,提取融合特征,更全面地捕获隐写算法对载体图像统计特征的扰动。同时,提出结合PCA的特征映射,以解决图像数小于特征维数时不能直接投影的问题。然后,对融合特征进行结合PCA的近似映射,用于隐写分析。实验证明:该方法有效地提升了对隐写图像的检测率。

基于BiCl_(3)/P(VDF-TrFE)膜的柔性压力传感器设计及其在力感知键盘中的应用

静电纺丝法制备有机压电传感器较传统压力传感器具有更好的柔韧性、轻质且透气,在可穿戴传感器研究领域中备受关注。本文提出了一种以静电纺丝工艺制备氯化铋/聚偏氟乙烯-三氟乙烯(BiCl_(3)/P(VDFTrFE))复合膜的方法,并以该复合膜为功能层,设计并制备了柔性压电传感器。一定含量BiCl_(3)加入后,扫描电子显微镜分析结果表明纤维平均直径从619 nm增至1158 nm,且表面更趋光滑,XRD结果证实复合膜的β相含量得到了明显提高。压电响应测试结果显示,BiCl_(3)含量为2wt%的P(VDF-TrFE)复合膜开路峰峰值电压和短路电流分别为16.8 V、164 nA,相比纯P(VDF-TrFE)压电薄膜有明显提升,是其2.15倍和2.24倍。压力感知实验显示,在1.28 N的按压力以下,具有较好的线性输出特性,并展现了良好的稳定性和重现性。利用该薄膜设计了柔性可穿戴力感知键盘,该键盘能采集用户的按压力度和持续时间,为柔性键盘等智能织物等相关应用提供了参考。

国家自然科学基金视角下我国激光科学技术发展的分析和展望

激光自发明以来经历了飞速的发展,带动物理、化学、生物、信息等众多相关领域取得了重大突破,在基础科学和应用技术研究中占据了至关重要的地位。本文从国家自然科学基金的视角,结合2017—2021年国家自然科学基金重点项目、重大项目、国家重大科研仪器研制项目、面上项目和青年科学基金项目的资助情况,对各立项项目的题目和关键词进行热词分析,梳理了我国激光科学技术的发展现状和挑战,并在此基础上对需要进一步深入研究和探讨的问题进行了展望。