柔性电子技术中的半导体材料性能调控概述

利用柔性电子技术对半导体材料性能调控研究具有重大的科学意义及应用价值.该研究一方面突破了传统应变工程中受限于无机材料硬而脆的特性,且引入应变多为固定值的局限;另一方面也为基于无机功能材料的可延展柔性电子器件在大变形环境下的性能评估提供了理论基础.因此,柔性电子技术为针对半导体材料或其他功能材料的应变调控提供了一种新方法,将有望应用在诸多需要材料性能周期性改变的新颖领域之中.本文将首先简介柔性无机电子技术,并对其中的两大关键技术:基于纳米金刚石颗粒的减薄及转印技术进行重点阐述,并探究两大关键技术对半导体电子器件性能的影响;随后介绍半导体材料近些年在应变-能带结构耦合关系方向的研究成果,并以基于屈曲砷化镓纳米薄膜条带及量子阱结构的研究为例,阐明柔性电子技术运用于半导体材料性能调控的独特优势;最后展望应变调控半导体特性的应用方向与发展前景.

柔性电子技术产品实现远程智慧医疗新模式

市场普遍认为医疗是可穿戴设备最具前景的应用领域。随着科技的发展、医学的进步、慢病的高发以及健康意识的回归,可穿戴设备将在医疗领域得到快速发展。目前传统的可穿戴设备,无法满足用于健康和医疗监护所需的高精度传感需求,基于柔性集成的电子系统技术的集成系统具有独特的优势。柔性电子技术的出现,为可穿戴医疗产品提供了最有效的技术途径。

基于动网格技术的沙疗床优化设计与研究

市面上沙疗床存在温度分布不均匀等问题,对其进行传热优化,增加搅拌功能,增强沙子的热对流效果。基于计算流体力学和动网格技术,建立搅拌传热的抽象模型,分析出不同加热条件下,沙子流场和温度场的具体情况,探究沙体温度变化规律和热对流效果。为验证模拟计算的温度场结果,设计实验方案并搭建实验平台和传动系统,完成不同加热条件的实验。结果表明:搅拌传热可以增强热对流效果,减少局部热量堆积;搅拌轴在沙体的中间层安装得越密集,对沙子传热的热对流增强效果越好,加热后得到的温度场分布越均匀。

氧传感膜的制备及稳定性研究

将聚丙烯微孔过滤膜浸渍到不同比例荧光指示剂(四(五氟苯基)卟啉铂(PtTFPP)和聚合物基质(乙基纤维素)的混合溶液中,制备了一系列氧传感膜。采用扫描电子显微镜、激光共聚焦荧光显微镜和荧光光谱仪表征了氧传感膜的形貌和光学性质,并得到最佳配比的氧传感膜。连续监测14d后,氧传感膜的真空相位降低了7.69%,使用特定的发光二极管(LED)光照老化装置对氧传感膜进行连续光照老化实验。结果表明,老化10h后氧传感膜的真空相位下降速率降低。测试了老化10h后氧传感膜的稳定性,发现紫外光和绿光老化的氧传感膜真空相位下降幅度分别为1.35%和2.40%,明显小于未老化的氧传感膜。光老化法可以提高氧传感膜的稳定性,在实际应用中具有广阔的前景。

扭摆式多方向压电振动俘能器的研究

为实现多方向振动能量回收,提出了一种扭摆式多方向压电振动俘能器,并从有限元仿真与试验两方面对其输出电压特性进行研究,获得了不同激励角(激励方向与X轴在XOY面内的夹角为激励角)时的谐振频率及其所对应幅值的变化规律。研究结果表明,激励角变化对两阶谐振频率影响均较小,但对输出电压的影响较大且影响规律不同;激励角从0°增加到90°时,一阶谐振电压减小、二阶谐振电压增大,激励角为44°时两阶谐振电压相等。在此基础上,进行了电容充电特性及输出功率特性的试验研究。沿X轴和Y轴方向激励时,电容的存储能速度分别达0.58 mJ/s和0.54 mJ/s;沿X轴和Y轴方向激励时,均存在两个最佳电阻使输出功率最大,即沿X轴方向激励时的最佳负载和最大功率分别为(17,81)kΩ和(4.56,3.4)mW,沿Y轴方向激励时的最佳负载和最大功率分别为(17,61)kΩ和(3.96,3.89)mW。

锂硫电池用杂原子掺杂碳纳米管/硫复合柔性自支撑正极的制备及电化学性能研究

碳纳米管膜具有丰富的孔道结构、大比表面积、高导电性及优异的柔性,可通过负载硫形成柔性碳纳米管/硫复合膜,用于锂硫电池正极材料。为了提高锂硫电池的循环稳定性,抑制“穿梭效应”,通过浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)分别制备了氮掺杂和硼掺杂的碳纳米管膜(N-CNT膜和B-CNT膜),然后通过浸渍工艺负载硫后得到掺杂型碳纳米管/硫复合柔性自支撑正极膜。微观表征显示:复合膜中硫和碳纳米管在纳米尺度复合均匀。复合膜均具有良好导电性:CNT正极电导率为4.62S/m,N-CNT正极电导率为0.86S/m,B-CNT正极电导率为1.29S/m。作为锂硫电池正极,B-CNT正极表现出最佳性能:在0.2C倍率下首次放电容量达到1197.3mAh/g,200次循环后容量保持在950.2mAh/g,1C倍率下放电比容量仍旧保持在615.5mAh/g。分析认为:碳纳米管良好的导电性和丰富的孔结构同时提供了高效的电子和离子传输通道;硼原子掺杂向碳纳米管引入极性,增强了碳纳米管网络对聚硫离子的吸附作用,抑制了“穿梭效应”。可为高比容、高循环稳定性锂硫电池正极材料研发提供解决思路。

基于柔性传感技术的高速列车轮轨力在线监测方法

监测轮轨力信号对于保障高速列车的安全运行、提高轨道线路的质量管理具有重要意义.然而,现有的轮轨力测试方法不能保证车轮在任意旋转角度下的测试精度与灵敏度,难以实现列车在高速行驶过程中轮轨力的实时连续测量.本文基于柔性电子技术设计了一款新型轮轨力传感器,在柔性衬底上设计环形应变栅结构,利用金属的压阻效应,获取环形区域内的整体变形随轮轨力变化的情况.垂向加载实验结果表明,柔性轮轨力传感器不仅具有良好的线性度,且在循环加载测试中表现出优异的稳定性和可重复性.更重要的是,该柔性轮轨力传感器能保证车轮在旋转任意角度情况下的测试精度与灵敏度.有限元仿真结果表明,在车轮内外两侧相对轴心等距离处布置柔性环形传感器,通过两侧传感器的输出信号可实现对轮轨横向力和垂向力的有效解耦.配合无线传感技术,柔性轮轨力传感器可实现高速列车轮轨力实时连续监测,对我国发展下一代智能高铁具有重要意义.

基于变分模态分解和希尔伯特变换的转子非平稳信号故障特征识别

为了提升传统希尔伯特黄变换在处理复杂非平稳信号时的时频分析能力,本文将变分模态分解和希尔伯特变换进行结合,提出了一种时频分析方法变分模态分解和希尔伯特变换。此外,为了对变分模态分解的模态数进行自动调整,还提出了一种基于相关系数的希尔伯特黄变换参数优化方法,有效避免了由于希尔伯特黄变换模态数设置不合理而导致的信号分解不足和分解过剩的问题。利用转子故障信号对变分模态分解和希尔伯特变换方法的时频分析能力进行了验证,并且与传统希尔伯特黄变换的对比突出了该方法在处理非平稳信号中的优势。

基于行车噪声的伸缩缝损伤识别缩比试验

伸缩缝出现损伤后行车产生的噪声会发生改变,为得到损伤伸缩缝行车噪声特征,本研究搭建了含无损和损伤类型为路面破损导致伸缩缝钢筋外露的GQF-C型伸缩缝的缩比路面装置,利用声音采集系统采集小车通过伸缩缝产生的噪声,分别在时域和频域中对采集噪声进行分析。研究结果表明,损伤伸缩缝噪声信号的频率成分主要集中在0~2000 Hz,伸缩缝出现损伤之后,时域波形、频率成分、能量和无量纲指标等均会发生明显的变化,因此跳车噪声可以用于伸缩缝的健康状态评估。

纳秒激光制备Fe基非晶合金涂层表面织构的疏水性研究

利用冷喷涂技术在35CrMo钢基体上制备了Fe-Cr-Mo-C-B-Y体系非晶涂层,通过纳秒脉冲激光构造了规则排布的乳突、点阵和凹槽结构。结果表明:涂层的表面特征随激光织构的结构及间距的变化而变化。高通量脉冲激光作用下,涂层表面沿激光路径产生更大的凸起物,同时在凸起物上覆盖着由熔融粒子飞溅形成的颗粒物。织构表面同时存在织构、颗粒物、抛光表面三种结构。经过激光加工处理后的涂层表面具有优异的疏水性,与去离子水和钻井液的接触角分别提升至(151.6±0.3)°和(145.9±0.4)°。随着点阵及凹槽织构间距的增加,涂层表面的润湿性从超疏水转向疏水,在间距最大时转变为亲水;乳突织构的间距变化对疏水性影响较小,即使间距增大到300μm时涂层表面依旧能保持疏水性;同时涂层表面表现出疏水稳定性及低粘附性。

HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的腐蚀和磨损性能研究

目的提高钻具关键易损零部件在海洋钻探实际应用中的耐腐蚀和磨损性能。方法采用超音速火焰喷涂技术(HVOF)制备AlCoCrFeNi高熵合金涂层。使用电化学工作站对涂层和35CrMo钢基体(常用的钻具材料)进行电化学测试,电化学测试包括动电位极化曲线测试和电化学阻抗谱(EIS)测试。采用摩擦磨损试验机对涂层在模拟海水钻井液中不同载荷和不同滑动速度下的磨损行为进行研究。采用扫描电子显微镜及X射线能谱仪对磨痕表面微观形貌及成分进行分析,利用三维白光干涉形貌仪测量涂层的磨痕三维形貌及磨损体积。结果HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中的耐腐蚀性优于35CrMo钢基体,可以起到有效的腐蚀防护作用。相同条件下,AlCoCrFeNi高熵合金涂层的耐磨性优于35CrMo钢基体。在滑动摩擦磨损过程中,随着载荷及滑动速度的增大,涂层的平均摩擦系数和磨损率均增大,且涂层的磨粒磨损程度加重。当载荷为6 N时,涂层发生疲劳磨损;当滑动速度为0.15 m/s时,涂层出现粘着磨损。模拟海水钻井液对涂层磨损性能的影响可以分为2个方面。一方面可以起到润滑作用,模拟海水钻井液显著改善了涂层的摩擦磨损性能,降低了涂层的平均摩擦系数和磨损率;另一方面是腐蚀作用,涂层被腐蚀形成点蚀坑,点蚀现象会加剧涂层的磨损。结论HVOF喷涂AlCoCrFeNi高熵合金涂层在模拟海水钻井液中具有优异的耐磨耐腐蚀性能,可以有效减轻工件在模拟海水钻井液中的腐蚀和磨损,有望应用于钻具关键易损零部件在海洋钻探实际应用中的表面防护。

基于热流原理的核心温度传感器在膝关节深部测温的应用研究

人体膝关节处深部体温的监测对于关节患者治疗与康复十分重要。为了能够为热疗中的关节炎患者持续测量皮肤组织不同深部的体温。本文基于传热学原理,通过对核心温度测量技术的改进,创新性的提出了膝关节深部测温的方法。根据膝关节的特点将其划分为6个区域并布置12个位置的传感器探头,基于生物传热模型模拟了人体膝关节和传感器探头的传热实验;首先通过设置膝关节核心温度38℃不变,在稳态条件下根据传感器两侧的温度差,以及膝关节深部不同厚度处的温度,利用传热方程计算对应等厚度层皮肤组织热阻,与等温度层热阻对比分析了不同部位组织深度与热阻得关系。维持核心温度38℃,建立了热疗仿真模型,通过设置点热源,模拟高频热疗仪的深部热疗实验,利用所求热阻计算对应深部的温度与该位置探针显示温度值对比,误差在0.62℃以内。基于仿真实验结果建立膝关节传热理论并进行了热板实验和人体实验。热板实验中传感器热平衡时间约为7.7 min,平均误差为0.15℃,分析了人体实验的误差来源。这种基于仿真实验理论的符合人体工程学的体温传感器有可能对膝关节患者深部体温进行连续测量。

Sm_(x)Sr_(1-x)Al_(x)Ti_(1-x)O_(3)陶瓷的结构及微波介电性能研究

采用传统固相法制备了Sm_(x)Sr_(1-x)Al_(x)Ti_(1-x)O_(3)(0≤x≤0.4)陶瓷,所得陶瓷样品均为单相结构。X射线衍射精修数据证实了Sm_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)的掺入有效地增大了A位和B位阳离子与氧离子之间的键价值,拉曼图谱显示随着共掺量增加,TO_(2)、A_(1g)振动模式增强,A位和B位离子有序度增大。另外Sm_(2)O_(3)和Al_(2)O_(3)优化了陶瓷的微观形貌。结合键价理论和拉曼分析了随x变化[TiO_(6)]八面体等结构演变对其微波介电性能的影响,陶瓷样品的介电常数逐渐下降,品质因子增加,其频率温度系数向正方向漂移。

飞机飞行参数测量系统的自主供电系统研究

为完成飞机飞行参数实时测量系统供电,研究了一种由柔性太阳能薄膜、超薄锂电池和电压变化及充放电管理电路组成的自主供电系统,完成了系统性能测试。测试结果表明,光照充足时,自主供电系统可在296 min内将1800 mAh无电状态超薄锂电池充电至满电,光照稍弱时则需要386 min;超薄锂电池单独给柔性复合传感测量模块供电时,可使模块满负载工作约625 min;太阳能薄膜+超薄锂电池组合式供电经两个晴天两个阴天测试后锂电池电压由4.15 V降至3.51 V,柔性复合传感测量模块满负载工作1678 min,可见研究的自主供电系统满足飞行参数测量系统长时间稳定供电的需求。

硅-碳纳米管柔性复合负极的制备与性能

采用浮动催化化学气相沉积(FCCVD)法,将纳米硅颗粒(NSi)与碳纳米管(CNT)连续体原位复合,制备纳米硅-CNT复合膜(NSi-CNTf)柔性电极。借助SEM、能量色散谱(EDS)和电化学性能测试,分析电极的形貌特征和电化学性能。相较于传统Si/Cu电极,NSi-CNTf电极省去了浆料研磨、涂覆工艺,且具有良好的柔韧性和抗弯折性,比容量和循环性能均有提升。FCCVD法制备的NSi-CNTf柔性电极材料,纳米硅均匀分布在CNT薄膜的三维导电结构中,结合紧实,以0.2 A/g在0.01~2.00 V循环200次,比容量保持在790 mAh/g;在4.0 A/g下充放电,比容量保持在509 mAh/g。

磁电复合结构磁场传感器灵敏度的电压调控研究

目的:实现外加激励电压调节磁电复合结构磁场传感器灵敏度的方法。方法:通过实验测量三层磁电复合结构磁电传感器,在压电调控层上施加不同电压时的磁电响应特性和灵敏度的变化。结果:无论是在静态还是在谐振状态,通过改变压电调控层的调控电压,均可以有效调节磁电传感器的灵敏度;在不同的谐振状态和不同的DC磁场段,外加调控电压调节传感器灵敏度变化的趋势不一样。特别是在共振频率为43 kHz的一阶弯曲共振模式,在调控电压变化400 V的范围内,传感器的灵敏度变化高达47.59%。结论:实验测量结果证实了压电调控层上外加调控电压调节磁电传感器灵敏度的可行性。

航空结构件铝合金固溶时效性能研究

研究了航空结构件常用铝合金的热处理性能,确定合适的热处理工艺、零件最佳装料方式和淬火冷却介质。对2024铝合金进行热处理至T6态和T8态,分析比较了加热区域内不同位置和不同状态材料的力学性能和耐腐蚀性能。结果表明:力学性能最低点出现在加热区域中心位置,T6态材料在中心位置的抗拉强度69.5 Ksi,屈服强度56 Ksi,延伸率10%;T8态材料在中心位置的抗拉强度68.5 Ksi,屈服强度62 Ksi,延伸率8%。中心位置不同状态材料的腐蚀性能有所差异,中心位置材料最大晶间腐蚀深度分别为119μm(T6水冷却)、77μm(T6聚合物冷却)和96μm(T8),晶间腐蚀区域面积比例分别为36.9%(T6水冷却)、19.6%(T6聚合物冷却)和47.9%(T8),水淬比聚合物淬火引起的材料腐蚀现象要明显,聚合物冷却特性比水冷却特性要好。

甲醇辅助连续制备碳纳米管纤维及其性能研究

在浮动催化化学气相沉积(FCCVD)法制备碳纳米管连续体的工艺中,一般采用碳源加二茂铁在氢气作用下催化生长碳纳米管连续体。整个工艺过程中需要外部供给大量的氢气,既需要消耗高品质氢能源,又会有较高的安全风险。根据甲醇高温裂解产生氢气的原理,由于甲醇可以在高温下分解生成氢气,本研究将甲醇添加到碳源中,以替代FCCVD工艺中的氢气。实验发现:随着甲醇与乙醇体积比的增加,形成碳纳米管连续体的过程中所需氢气量明显减少;当甲醇与乙醇体积比为6∶1时,能够在纯惰性气体氛围中稳定、连续地制备碳纳米管连续体。对得到的碳纳米管连续体采用532 nm激光拉曼进行表征,其I_(G)/I_(D)值为3.24,表明碳纳米管结晶性良好。连续体经过水收集形成碳纳米管纤维,SEM表征显示纤维中的碳纳米管具有一定的取向性,力学拉伸测试其拉伸强度为330 MPa。同时经计算发现:在达到相同效果的前提下,使用甲醇的效率是纯氢气的2.48倍。因此本工作提供了一种节能、安全的碳纳米管连续制备方法。

常规体检中纳入心理健康评估项目的专家意见

本文就健康体检中心理健康评估指标体系的建立,形成专家意见,认为心理健康评估是健康检查中不可或缺的部分;提出在健康检查中纳入心理健康评估的具体项目,进行心理健康评估的方法和注意事项。本意见对常规体检中规范开展心理健康评估工作提供参考依据。

基于虚拟仪器的沙疗床控制系统设计

传统沙疗床存在加热不均匀、局部过热的情况。为了提升沙疗床均匀传热自动化的水平,文中根据硬软件模块化设计的思想,提出一种基于单片机STM32与虚拟仪器软件LabVIEW相结合的控制系统。该系统核心部分由步进电机驱动器、步进电机、硅橡胶加热板以及铂电阻传感器组成。对沙疗控制系统的主控芯片模块、电源模块、电机控制模块、温度采集模块和加热模块的硬件电路结构设计进行详细介绍;并在此基础上,采用生产者-消费者模式设计与之匹配的上位机LabVIEW软件系统和可操作的用户界面。设计的上位机软件应用并行循环和队列技术,可以提高采集和解析效率,实现对电机的参数控制和温度的数据采集与显示。所提控制系统具有较高的模块化、自动化,能够快速地将温度数据采集并保存,在智能化方面,沙疗设备控制效果较好。