2020年11期 - 电子元件与材料

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2020年11期

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作者电子元件与材料杂志社
来源电子元件与材料, 2020, 39(11)
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电子元件与材料第39卷第11期，2020年11月5日出版。

新能源材料与器件专题

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金纳米颗粒掺杂Mo-Ni 基双金属氢氧化物电极材料
作者姬曦威, 王琦, 尉梅梅, 童玲善, 冉奋.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 1-8. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0552.
以硝酸镍与钼酸钠为原材料,经过一步水热法和金纳米颗粒(AuNP)物理沉积法,制备AuNP掺杂的3D孔道结构Mo-Ni基双金属氢氧化物(Mo(OH)6/Ni(OH)2-AuNP)。通过扫描电子显微镜(SEM)观察材料表面形貌前后变化,以及X射线衍射(XRD)仪研究材料晶体结构。Mo(OH)6/Ni(OH)2-AuNP作为电化学活性物质,与活性炭负极材料组装为非对称型超级电容器。采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)对其电化学性能进行测试。结果表明,Mo(OH)6/Ni(OH)2-AuNP具有3D孔状的网络结构,并展现出优异的电化学性能。在电流密度为0.5A·g-1时比电容高达1696.0F·g-1,其组装的非对称器件在0.5A·g-1下比电容也可达到120F·g-1。

废弃聚醚砜超滤膜制备超级电容器炭材料
作者王琦, 姬曦威, 张怡恺, 尉梅梅, 冉奋.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 9-15. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0592.
以废弃聚醚砜超滤膜作为炭源,经过预氧化-炭化程序处理和高温酸活化,制备一种聚合物基炭材料(PES-AC)。通过扫描电子显微镜(SEM)观察酸活化前后材料表面形貌变化和元素分布情况,通过透射电子显微镜(TEM)对样品的孔结构进行分析,采用Raman对PES-AC的炭化程度进行分析,并且对比研究了活化前后比表面积和孔径大小的变化。将制备的PES-AC作为电极材料的活性物质,采用循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)和电化学阻抗谱(EIS)对其电化学性能进行测试,并将其组装为对称型超级电容器。结果表明,PES-AC具有优异的结构性能与均匀的元素分布,经过酸活化的PES-AC比表面积可达到235.6m2·g-1,孔径分布在2nm左右,经过炭化后ID/IG=1.02。该电极材料展现出优异的电化学性能,在电流密度为0.5A·g-1时比电容高达230.5F·g-1,10000次循环后容量保持在99%。其组装的对称型器件在0.5A·g

聚苯胺/ N 掺杂多孔碳复合材料的原位合成及其超级电容器性能
作者杨自涛, 吴方棣, 胡家朋, 黄胜杰, 伍璟.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 16-20. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0587.
导电聚合物材料和碳材料都是极具前景的超级电容器电极材料。然而此类材料较低的倍率性能和比容量,以及较短的循环寿命限制其应用。本文通过原位聚合方法使颗粒状聚苯胺(PANI)生长在氮掺杂多孔碳(NPC)表面,获得了聚苯胺/N掺杂多孔碳(PANI/NPC)复合物。多孔结构有利于电解液离子的传输,PANI纳米颗粒提供了丰富的氧化还原活性位点,复合材料的电化学性能因此得到显著改善。电化学测试结果显示:在0.1A/g电流密度下,PANI/NPC复合材料的比容量为171.9F/g,是NPC材料比容量(117.5F/g)的近1.5倍;循环5000次后,容量保持率为97.68%,表现出良好的电化学性能。

钠离子电池关键电极材料研究进展
作者张玉婷, 徐天野, 王振华, 郎笑石, 蔡克迪.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 21-32. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0410.
钠离子电池由于具有资源丰富、价格低廉、分布广等突出优势,引起了人们的广泛关注,并有望成为锂离子电池的替代品。近几年关于钠离子电池的研究取得了一定的成果,研究体系也得到了完善。但是钠离子的离子半径较大且动力学速率较慢,会限制钠离子在电极材料中的可逆脱嵌,进而影响电池的电化学性能。因此发展低成本、高性能、高稳定性、高安全性的电极材料是推进钠离子电池应用化的关键。本文基于钠离子电池电极材料的研究现状进行了综述,并对其今后的研究方向和应用前景进行了展望,以期对其他化学电源的研究提供新思路和手段。

水热法合成纳米片状钛酸锂及其性能研究
作者冯言华, 张祥昕, 林长新, 薛熙来, 陈素晶, 张易宁.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 33-39. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0480.
采用水热法制备纳米片状钛酸锂前驱体,再经煅烧制备纳米片状钛酸锂。分别研究了在不同的水热时间(0,1,3,7和14h)下制备钛酸锂前驱体,再将前驱体在不同温度(350,500和700℃)下煅烧对产物钛酸锂性能的影响。通过SEM、TEM、XRD等表征了产物的结构和形貌,最终产物为含有微量TiO2的尖晶石型纳米片状钛酸锂Li4Ti5O12(LTO),很好地继承了前驱体的形貌。将钛酸锂组装成锂离子半电池测试其电池性能,结果表明当水热时间7h制备的前驱体再经500℃煅烧2h后,所得到的钛酸锂在0.5C(1C=175mA/g)下首次放电比容量高达174.6mAh/g;在20C下的放电比容量为144.1mAh/g,仍保持为0.5C条件下的82.5%,在20C下进行循环测试,500次后容量保持率为94.6%,说明制备的纳米片状钛酸锂具有良好的倍率性能和循环寿命。

2D有机-无机杂化钙钛矿材料光伏性能优化研究进展
作者吴红迪, 蔡苇, 范滔, 周创, 符春林.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 40-47. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0594.
2D有机-无机杂化钙钛矿材料是通过在3D钙钛矿材料中引入大分子有机插层而形成的,具有高度的垂直生长取向和优异的表面形貌,以及良好的湿度、光、热稳定性等优点,已在太阳能电池领域受到广泛关注。综述了近几年2D有机-无机杂化钙钛矿材料光伏性能的优化策略,详细阐述了L位有机阳离子优化、无机层层数调控、表面形貌及取向优化、2D/3D钙钛矿异质结构构建等方法对2D杂化钙钛矿材料光伏性能的影响,并对2D有机-无机杂化钙钛矿材料发展方向进行了展望。

无机钙钛矿纳米线太阳能电池的界面优化研究
作者郑萌, 陈亮, 谢剑, 施升志, 张军.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 48-54. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0400.
在钙钛矿太阳能电池的研究中,界面优化是提升钙钛矿太阳能电池光伏性能的有效方法之一。采用含苯乙基碘化铵(PEAI)溶液对CsPbBr3纳米线/C电极的界面进行钝化处理,使得PEAI与两步法制备的CsPbBr3纳米线表面的PbI2反应生成了二维片状钙钛矿PEA2PbI4中间层,从而改善了CsPbBr3纳米线吸光层与C电极之间界面接触问题,**的PEAI浓度为10mg/mL,此时组装电池的光电转换效率相较未处理器件提升了112%。PEAI处理后组装的器件在温度(30±2)℃以及湿度(50±10)%RH环境下保存3000h后性能仍然无明显衰减,表现出了很好的稳定性。

反铁电储能陶瓷的研究进展
作者刘暄, 赵莹莹.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 55-61. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0613.
介电电容器与电池等储能器件相比具有功率密度高、充放电速度快等优点,在储能领域受到了广泛关注,但其缺点是储能密度较低。反铁电体由于具有双电滞回线,剩余极化强度接近于0的特征,有望获得高储能密度,是储能材料的优秀候选者。该文首先介绍了反铁电体定义、储能原理以及反铁电体作为储能材料的优势,随后系统综述了目前主流的几种反铁电材料体系包括PbZrO3基、AgNbO3基、NaNbO3基和(Bi0.5Na0.5)TiO3基反铁电陶瓷在储能领域的研究进展,之后对影响储能性能的反铁电陶瓷疲劳性能的研究进展进行了概述,最后对反铁电储能材料的后续研究方向进行了展望。

激光火工品用MgAlH储氢薄膜的制备及驱动飞片性能研究
作者艾梦婷, 王亮, 唐舵, 蒋洪川, 孙宁恺.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 62-66. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0433.
采用磁控溅射技术在直径为5.8mm的蓝宝石基底上制备厚度约为1μm的MgAlH储氢薄膜,溅射气氛为体积流量比3∶1的氩氢混合气,采用SEM和XRD技术对MgAlH薄膜的微观结构和成分进行表征。研究结果表明,相较于MgAl薄膜,制备的MgAlH薄膜表面比较粗糙,致密度较低。XRD分析结果表明,MgAlH薄膜中存在MgH2相。根据薄膜样品的XRD图谱,利用K值法计算得到MgAlH薄膜中MgH2的相对含量为质量分数30%。相较于MgAl薄膜,MgAlH薄膜的热导率未发生明显改变,但其光吸收率提高了18%左右。将MgAlH储氢薄膜装配成飞片靶,利用PDV系统对薄膜驱动飞片速度进行测试,结果表明,相较于纯MgAl薄膜,MgAlH储氢薄膜驱动飞片的速度提升了15%。

研究与试制

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BaAl2-2xZn2xSi2O8 陶瓷结构与微波介电性能研究
作者李超, 丁士华, 宋天秀, 张云, 朱惠.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 67-72. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0327.
采用固相烧结法,按化学计量比合成了BaAl2-2xZn2xSi2O8(x=0,0.25%,0.5%,0.75%,1%,1.5%)陶瓷。研究了不同Zn2+掺杂量对BaAl2Si2O8(BAS)系微波介质陶瓷晶体结构和介电性能的影响。结果表明:Zn2+取代Al3+产生氧空位可以有效促进BAS由六方相转变为单斜相,将BAS陶瓷的烧结温度降低至1350℃,并改善BAS陶瓷样品的密度、品质因数(Q×f)及谐振频率温度系数(τf)。当x=0.75%,烧结温度为1350℃时,可获得综合介电性能较好的BAS陶瓷,其介电性能为:εr=6.67,Q×f=46226GHz,τf=-25.21×10-6/℃。

毫米波3D-MCM中垂直互联的设计
作者罗鑫, 黄建, 赵青.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 73-78. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0367.
3D-MCM是新一代有源相控阵共形天线的核心部件,设计小型化、低插入损耗和高可靠的垂直互联结构是实现3D-MCM关键技术之一。以小型化、连接可靠性、易集成、易加工为目的,提出一种应用于毫米波频段,基于左手传输线的同轴型非接触式垂直互联结构,使得不同功能模块之间通过电磁耦合的方式实现了信号的垂直传输。利用低温共烧陶瓷(LTCC)制造工艺,制作了背靠背同轴型非接触式垂直互联实物,单个垂直互联接口面积约3.14mm2,经测试在35~43GHz频段内单个垂直互联插入损耗小于0.7dB,带内平坦度优于±0.75dB,回波损耗优于-12dB。

一种CPW馈电的高隔离度超宽带MIMO天线设计
作者徐家铭, 杜成珠, 郭敏.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 79-84. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0229.
针对超宽带传输在无线通信系统中的要求,设计了一种基于CPW馈电的高隔离度超宽带MIMO天线。天线印刷在相对介电常数4.4的FR4介质基板上,辐射单元为两个相同的正交放置的圆形贴片,采用缺陷介质基板和缺陷地结构(DGS),有效减小天线尺寸。在MIMO天线的辐射单元间添加Y形枝节,提高了天线单元间的隔离度。天线实测结果表明,在2.74~12GHz频段内S11小于-10dB,端口隔离度S21小于-20dB,包络相关系数ECC均小于0.01,峰值增益为4.38dB。

基于串行馈电网络的宽带圆极化微带天线
作者薛智慧, 陈明, 郝晓慧, 程丹丹.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 85-90. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0236.
为使微带天线获得良好的圆极化特性并展宽天线的轴比(AR)带宽,利用顺序旋转技术设计了一种等辐、宽带和任意两个端口之间90°相位差的串行馈电网络,在此基础上设计了一种宽带圆极化微带天线。该天线由环形辐射贴片、四条扇形馈电带以及串行馈电网络组成,串行馈电网络位于底层介质板表面,其输出端通过四根铜柱与扇形馈电带相连,再由扇形馈电带激励环形贴片。经过HFSS仿真软件优化分析,所设计天线的总尺寸为110mm×110mm×17mm,小于-10dB的阻抗带宽为1.79~2.38GHz(28.2%)。3dB轴比带宽为1.85~2.31GHz(22.1%)。对所设计的天线进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果比较吻合。

功率器件IGBT优化设计与振动性能研究
作者刘东静, 王韶铭, 王浩洁, 郑贵方.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 91-95. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0162.
针对IGBT功率器件在振动环境下的可靠性问题,采用正交试验法构建16组不同的模块结构,利用ANSYS软件对模块进行随机振动分析和优化设计。研究发现对焊接层影响因素由强到弱依次为基板厚度,焊接层厚度和基板大小。周期振动分析表明结构在频率1523.2Hz处产生共振现象。优化分析过程中随着基板厚度由2.5mm提高到3.5mm,焊接层的寿命从646.06h增加到6797.95h。研究结果表明参数优化对器件结构设计起到理论指导作用,能够有效提高IGBT器件的使用寿命。

基于IPD 工艺的无反射带阻滤波器
作者唐子舜, 邢孟江, 侯明, 李小珍, 代传相.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 96-100. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0288.
设计了一款基于集成无源器件(IPD)技术的无反射带阻滤波器。它能将阻带反射回的信号吸收掉,从而可以提高电路的线性度。在无反射低通滤波器的电路拓扑结构下,采用变换的形式设计出电路,使用电子设计自动化软件(ADS)和三维全波电磁场仿真软件(HFSS)完成无反射带阻滤波器的建模与仿真。该滤波器的中心频率为4.11GHz,阻带频段为1.52~6.70GHz,阻带抑制大于等于14.47dB,通带插入损耗小于0.7dB,相对带宽为79%。在毫米波滤波器引入IPD结构,使得滤波器更加小型化,有利于优化滤波器的尺寸,模型的整体尺寸仅为0.9mm×1mm×0.1mm。通过三维电磁仿真实验,验证了该无反射带阻滤波器的可行性。

硅通孔结构参数对信号传输性能的影响
作者佘陈慧, 范广明, 谈利鹏, 刘培生, 陶玉娟.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 101-105. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0518.
利用ANSYSHFSS软件建立硅通孔(ThroughSiliconVia,TSV)的信号-地(S-G)结构模型,在不同TSV的结构参数下对TSV信号的传输特性进行研究,将传输模型的插入损耗S21作为传输性能好坏的判断标准。结果表明:TSV的传输性能与TSV的半径、TSV的高度以及填充金属的表面积有关,与体积无关,即金属材料的填充率对插入损耗几乎没有影响。

技术与应用

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一种高频片式叠层电感器内电极银浆的制备及印刷特性研究
作者黄俊, 曹秀华, 梁金葵, 钟克菊, 陈东君.
来源电子元件与材料, 2020, 39(11): 106-110. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2020.0541.
为了提高高频片式叠层电感器内电极银浆的印刷性能,研究了银粉形貌、树脂类型以及添加剂对内电极银浆印刷特性的影响。结果表明:当银粉Ag-1(D50为1.6μm)与Ag-3(D50为2.1μm)的质量比为3∶7,乙基纤维素树脂EC45与EC20的质量比为2∶1,氟碳表面助剂添加量为0.5%(质量分数)时,内电极银浆印刷电极图形平直,精度高,表面平整。制作的电感器在设计电感值2.5nH时,Q值(500MHz)为23,RDC范围为0.06~0.11Ω。

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