- 夏恒恒;梁鹏程;范羚羚;
锂离子电容器(LIC)兼具大容量、高功率、长循环和宽温度特性，但在规模化制备中受限于预锂化这一“卡脖子”难题，导致应用推广受限。相较于负极预锂化，正极预锂化具有操作简便、产线适配性强、工艺成本低等优势。Li_2NiO_2(LNO)作为一种典型的正极预锂化剂具有储锂容量高、首次效率低、不可逆容量大、释放锂离子后相对稳定的特性，受到广泛关注。本文组装了以活性炭(AC)为正极、硬碳(HC)为负极的LIC,系统研究了正极活性材料组分中LNO的添加量(质量分数为0%,2%,5%,10%,分别命名为AC-Li0、AC-Li2、AC-Li5、AC-Li10)对LIC电化学性能的影响，发现添加量为10%时器件综合性能最佳。同AC-Li0相比，AC-Li10的循环伏安(CV)和恒流充放电曲线均呈现近似EDLC的容性行为，界面阻抗明显减小，高低温性能得以改善，在-40℃超低温环境仍具备10C放电能力，循环10000次(2.0～3.8 V)后容量保持率高达96.3%。此外，LNO的引入使得AC-Li10的额定电压可从3.8 V提升到4.0 V,器件在2.0～4.0 V测得的最大能量密度为61.21 Wh·kg~(-1),在最大功率密度20575.13 W·kg~(-1)下测得的能量密度为16.34 Wh·kg~(-1),优于商业化LIC。在LIC正极制浆过程中直接添加LNO作预锂化剂，能够显著改善器件的电化学性能并降低制程工艺成本，具有重要的科研和实用价值。
2023年06期 v.42;No.376 631-639页 [查看摘要][在线阅读][下载 736K] [下载次数：79 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 颜修兴;段云彪;胡劲;吴家乐;
RuO_2作为一种比较优秀的电极材料，在超级电容器中具有较大应用，但RuO_2电容性能受限于颗粒粒径大小以及分散性。为解决RuO_2颗粒容易团聚和分散性较差的问题，以RuCl_3·nH_2O为前驱体，采用新型脉冲电沉积法在泡沫Ni上电沉积RuO_2作为超级电容器的电极材料。并使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及电化学工作站表征材料的表面微观形貌、物相组成和电化学性能。结果表明：分别电沉积15 min和30 min, RuO_2在Ni上生长为一层50 nm和150 nm厚度均匀的薄膜；电化学性能测试表明其内阻较低以及充放电时间较长；电沉积15 min的P15样品在20 mV/s扫描速率下具有576 F/g的比电容，在1 A/g电流密度下具有400 F/g的比电容。因此，脉冲电沉积法制备的RuO_2材料具有比较优异的性能，在超级电容器的电极材料制备中具有一定的应用前景。
2023年06期 v.42;No.376 640-645页 [查看摘要][在线阅读][下载 1337K] [下载次数：39 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 陈世宏;任浩文;邱阳;罗春晖;赵强;闫康平;
燃料电池因能量转换率高、污染小等优点被认为是最有前景的能量转换装置之一。然而，燃料电池因阴极氧还原催化剂成本高、耐久性差等问题限制了其大规模工业化应用。为了降低成本以及提高催化剂耐久性，以叶酸(FA)为碳氮基底，以四水乙酸钴和二水乙酸锌分别为钴源和锌源，氯化钾(KCl)为模板采用熔盐模板辅助煅烧和化学刻蚀相结合的方法合成了钴锌共掺杂多孔碳氮纳米片氧还原催化剂(Co/Zn-NCs)。在0.1 mol/L的KOH溶液中，对催化剂材料进行了线性扫描伏安测试(LSV)、循环伏安测试(CV)、计时电流稳定性测试(i-t)等电化学测试，测试结果显示其起始电位(E_(onset))为0.92 V,半波电位(E_(1/2))为0.85 V,计算得到的氧还原平均转移电子数为4.1,是标准的四电子过程；在10 h的耐久测试后，其电流依然保持为初始电流的92.59%,甲醇毒化测试也显示出极高的甲醇耐受性。同时采用了X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)等手段分析催化剂的微观结构，揭示了催化剂具有优异氧还原催化活性的原因。
2023年06期 v.42;No.376 646-652页 [查看摘要][在线阅读][下载 964K] [下载次数：27 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 任浩文;陈世宏;罗春晖;赵强;闫康平;
电解水产氢被认为是未来实现可持续、清洁能源供应的一种重要方式。为了实现这一目标，开发高效、廉价的电催化剂是至关重要的。二硫化钼(MoS_2)是一种被认为可以替代贵金属的催化剂，其具有配位不饱和的边缘活性位点和接近铂(Pt)的氢吸附自由能。然而，由于半导体相(2H-MoS_2)受限于自身的导电能力较差及活性位点数目较低，因此具有不同配位结构的金属相(1T-MoS_2)被认为是更理想的电解水析氢材料，因为它表现出类似于金属的导电能力且能提供更多的催化活性位点。本研究通过简单的水热法和退火法，使用不同的酸性溶剂合成出了高达76%1T相占比的二硫化钼(MoS_2-A)。在电解水产氢实验中，MoS_2-A在0.5 mol/L的硫酸中表现出优异的电催化析氢性能，其在10 mA/cm~2处的过电位为324 mV,Tafel斜率为95 mV/dec。值得一提的是，在合成过程中添加了乙酸，可以在一定程度上减缓二硫化钼纳米片的团聚并促使其垂直排列，从而得到尺寸更小、能够暴露更多活性位点、具有优异电子传输能力的催化剂。这些发现表明，MoS_2-A在电催化析氢领域有很大的潜力，可以作为一种廉价、高效的电催化剂来降低电解水产氢的成本，并促进其商业化应用。
2023年06期 v.42;No.376 653-658页 [查看摘要][在线阅读][下载 708K] [下载次数：51 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 胡怡先;孙若愚;赵婧;刘创;莫继良;
近年来，摩擦纳米发电机在收集清洁和可再生水能能源领域中逐渐兴起，尽管摩擦纳米发电机具有高电压输出，但其实际应用受到较低输出电流的限制。为此引入叉指电极以提高摩擦纳米发电机的电输出性能。通过对摩擦纳米发电机的PTFE膜厚和电极宽度进行调控，优选出在一定面积内具有最高发电效率的参数。利用多物理场耦合仿真分析摩擦纳米发电机的工作原理，解析电荷转移过程中的电势分布，验证实验结果的有效性。研究发现，当PTFE膜厚为0.08 mm且电极宽度为25 mm时，摩擦纳米发电机具有最佳电输出特性，开路电压和短路电流分别为47.42 V和453 nA。此外，通过模拟实际雨天环境，该摩擦纳米发电机能够驱动至少28个LED灯珠。相关研究成果可为构建用于水滴能量收集的叉指电极摩擦纳米发电机提供参考，拓展摩擦纳米发电机用于雨水能量收集的实际应用。
2023年06期 v.42;No.376 659-665页 [查看摘要][在线阅读][下载 834K] [下载次数：87 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]
- 王海林;栾苏珍;程梅霞;贾仁需;
由于β-Ga_2O_3材料难以形成P型掺杂，目前β-Ga_2O_3功率器件大多为无结耗尽型。为了解决β-Ga_2O_3器件难以形成增强型的问题，提出了一种具有β-Ga_2O_3/4H-SiC异质结的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)。添加P型4H-SiC后，利用形成的PN结的单向导通性得到了正阈值电压，实现了增强型器件。使用Sentaurus TCAD仿真软件模拟了器件结构并研究了其电学特性，通过调节SiC厚度、SiC沟道浓度、外延层厚度和外延层浓度四个重要结构参数，对器件的功率品质因数进行优化设计。优化后的器件具有1.62 V的正阈值电压、39.29 mS/mm的跨导以及5.47 mΩ·cm~2的比导通电阻。最重要的是器件的关态击穿电压达到了1838 V,功率品质因数高达617 MW/cm~2。结果表明，该β-Ga_2O_3/4H-SiC异质结VDMOS为实现高性能增强型β-Ga_2O_3功率器件提供了一种可行的设计思路。
2023年06期 v.42;No.376 666-672+680页 [查看摘要][在线阅读][下载 2958K] [下载次数：38 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 颜昊;潘忻强;谢琴;罗文博;吴传贵;
随着人工智能在物联网中的应用，对于传感器端的高性能神经网络边缘计算需求日益迫切。忆阻器被认为是传感器端神经网络边缘计算应用中最具潜力的核心器件。由于传感器的输出信号具有不同的电压波形，故设计了不同的脉冲方案模拟不同的传感信号，基于单晶LiNbO_3薄膜忆阻器，研究了不同波形的电压刺激(方波、正弦波、三角波)对电阻可塑性的变化范围、线性度等的影响规律。在保持电压幅值和积分面积相同的情况下，研究了在三种不同波形电压刺激下的增强和抑制过程。在增强过程中，方波刺激下的电导变化幅度最大，在幅值为6 V的电压刺激下可达72 nS,正弦波次之，三角波最小(在幅值为6 V的电压刺激下仅为42 nS);而三角波刺激下的线性度最高，正弦波次之，方波的最低。测试分析可知这些差异主要是由三种波形超过特定阈值的积分面积不同所引起的。而在抑制过程中均观察到了电导突变现象，研究中通过幅值渐变的脉冲序列对电导突变进行了抑制。
2023年06期 v.42;No.376 673-680页 [查看摘要][在线阅读][下载 4439K] [下载次数：25 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 杨钊;梁吉;苏桦;
基于固相反应烧结法制备了Bi_xY_(3-x-y)Ca_yM_yFe_(5-y)O_(12)(x=1.0～1.6,y=0.1～0.5,M为4价离子Zr~(4+)、Sn~(4+))旋磁铁氧体材料。首先分析了不同Bi~(3+)离子取代量对材料介电性能和微波旋磁性能的影响，由此确定最佳的Bi~(3+)离子取代量。然后在其基础上，研究了不同Ca~(2+)/Zr~(4+)和Ca~(2+)/Sn~(4+)离子共取代对材料综合性能的影响。研究表明，当Bi~(3+)离子取代量x为1.4时，能最好地兼顾YIG铁氧体材料高介电常数和低铁磁共振线宽的综合要求。进一步对Ca~(2+)/Zr~(4+)和Ca~(2+)/Sn~(4+)离子共取代的研究发现，采取Ca~(2+)/Zr~(4+)共取代的方案(最佳取代量y为0.4),更有助于获得高的介电常数，其最佳性能为：M_s=145 kA/m,ε=29.4,ΔH=2.7 kA/m;而采用Ca~(2+)/Sn~(4+)共取代的方案(最佳取代量y为0.3),则可以在进一步降低铁磁共振线宽上取得突破，其最佳性能为：M_s=147 kA/m,ε=28.5,ΔH=2.2 kA/m。
2023年06期 v.42;No.376 681-686页 [查看摘要][在线阅读][下载 3950K] [下载次数：40 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 王钰琪;雷国莉;颜冲;
针对开关电源高频小型化需求，采用固相反应制备分子式为(Mn_(0.766)Zn_(0.105)Fe_(0.129))Fe_2O_4的MnZn铁氧体材料，通过对铁氧体微结构的表征及磁性能的测试，研究了ZrO_2和Nb_2O_5复合添加对MnZn铁氧体显微结构、烧结密度d、初始磁导率μ_i、饱和磁通密度B_s、剩余磁通密度B_r、矫顽力H_c以及功耗P_(cv)特性的影响。结果表明，ZrO_2和Nb_2O_5复合添加有利于促进晶粒均匀化和致密化，从而提高了材料烧结密度，能显著降低材料的剩余磁通密度和矫顽力，实现材料的高起始磁导率以及高频低损耗。当ZrO_2和Nb_2O_5复合添加质量比为4∶6时，MnZn铁氧体的μ_i达到最大值(931),且在高频激励下材料的功率损耗达到最低133 kW/m~3(100℃,1000 kHz, 50 mT)。
2023年06期 v.42;No.376 687-692页 [查看摘要][在线阅读][下载 1250K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 刘等等;帅垚;黄诗田;吴传贵;张万里;
集成在硅基衬底上的钽酸锂薄膜在新型声学器件上具有重要应用，等离子体活化键合是其主要的集成方式，相关研究报道众多但仍缺乏对等离子体活化工艺的深入研究。本文研究了LT和Si衬底晶圆在不同活化气氛、频率和时间下的亲水性接触角变化情况，探索了一套可以显著提高键合强度的活化参数。研究结果发现，对晶圆表面采用N_2加O_2混合活化60 s后，LT和Si衬底晶圆亲水性接触角达到最小值，分别为4.244°和3.859°。键合后用SEM扫描了样片的横截面，发现键合质量良好。最后对比了用O_2、N_2和Ar活化60 s,以及N_2加O_2混合活化60 s后键合片的键合强度，发现混合气体活化后键合强度最大，达到了9.05 MPa。
2023年06期 v.42;No.376 693-698页 [查看摘要][在线阅读][下载 3654K] [下载次数：43 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 许高斌;董娜娜;高雅;李明珠;冯建国;
为了实现对脑颅手术后脑组织液渗出压力的监测，以压阻效应为基础和提高灵敏度、线性度为目标，提出了一种四短梁扇形膜结构的压力传感器。通过改进膜结构使得应力分布集中，较大提高了传感器灵敏度。通过对传感器数学模型的理论计算，根据敏感膜结构设计的线性原则和可靠性原则，确定膜厚。采用ANSYS损件进行有限元仿真，分析了影响应力、挠度变化的参数并进行优化。在设计量程内和全范围过压1.125倍进行仿真，传感器灵敏度达到3.164 mV/kPa,可对颅压的变化做出迅速响应，有望用于临床颅压监测。
2023年06期 v.42;No.376 699-703页 [查看摘要][在线阅读][下载 717K] [下载次数：40 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 夏国莹;曾以成;
提出一类基于忆阻器、具有非双曲平衡点的非哈密顿四维保守混沌系统。通过计算系统的散度，分析了系统相体积的守恒性；对系统进行Kolmogorov变换，证明了系统哈密顿能量并不守恒；同时该系统对参数和初始值变化敏感。运用系统的相轨图、Lyapunov指数谱、Poincaré映射、分岔图等理论和数值分析工具，分析了系统复杂的动力学行为，得知系统具有混沌流与不同幅度准周期流的非对称共存等多稳态特性；最后，通过模拟电路验证了设计的可行性与分析的正确性。该保守系统具有良好的初始值灵敏性，可应用在信息和图像加密等领域。
2023年06期 v.42;No.376 704-713页 [查看摘要][在线阅读][下载 8405K] [下载次数：42 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 任鼎新;周勇;郭瑜;
针对无线通信系统对微波器件多频段、多通道的应用需求，基于电磁带隙结构，提出了一款四路应用的小型双频滤波功分器。该滤波功分器由八对电磁带隙(Electromagnetic Bandgap, EBG)谐振器、隔离电阻以及隔离网络构成，同时实现功率分配和频率选择的功能。由于引入外部集总电容器，通过改变电容值可以独立控制每个通带的工作频率。其次，磁场主要集中于谐振器的谐振金属柱周围，减小了通带间的信号干扰，从而实现较好的通带间隔离。此外，采用奇偶模分析和耦合矩阵综合方法设计了该功分器的双通带响应。最后为验证设计的有效性，加工制作了一款四路双频带滤波功分器，两个通带中心频率分别工作于2.18 GHz和3.23 GHz,最小插入损耗分别为1.44 dB和2.63 dB。实测结果与仿真结果基本吻合。
2023年06期 v.42;No.376 714-721页 [查看摘要][在线阅读][下载 6392K] [下载次数：32 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 岳旭龙;唐威;
为满足SerDes(SERializer/DESerializer)接收端相位插值型时钟数据恢复电路(CDR)对正交多相时钟的要求，采用22 nm CMOS工艺，设计了一种具有宽频率调谐范围，可产生12相时钟的前馈型环形压控振荡器(VCO)。电路包括频率调节电路和前馈型VCO电路两个部分。频率调节电路采用粗细调结构增大了振荡器调谐范围，实现了频率的精确调节；前馈型VCO通过辅助前馈通路形成5级环形振荡器，提高了振荡频率，产生的12相正交时钟也提高了插值线性度。仿真验证结果表明：所设计的VCO输出频率范围为2.21～11.23 GHz, 8 GHz频率下振荡器的相位噪声为-93.1 dBc/Hz@1 MHz,-114.05 dBc/Hz@10MHz,功耗为5.18 mW。
2023年06期 v.42;No.376 722-728+735页 [查看摘要][在线阅读][下载 3450K] [下载次数：62 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 熊辉;张涛;刘劲;
针对传统无运放带隙基准电压源温度特性差的问题，设计了一种低温漂的无运放带隙基准电压源电路。设计中通过电流镜以及环路反馈的方法来代替传统运放对电路进行钳位，避免了运放输入失调电压对带隙基准电压精度的影响。同时基于华虹0.35μm BCD工艺，利用工艺库中温度系数不同的电阻来产生与温度相关的非线性项，从而对三极管负温度系数电压中的高阶非线性项进行补偿，实现了无运放带隙基准的低温漂特性。通过Cadence Spectre对电路进行仿真，仿真结果表明：在-55～125℃温度范围内，输入电压为5.5 V时，带隙基准电压的温漂系数为1.949×10~(-6)/℃;在10 kHz时，电源抑制比达到71.5 dB,在1 MHz时，电源抑制比达到46.3 dB。
2023年06期 v.42;No.376 729-735页 [查看摘要][在线阅读][下载 2217K] [下载次数：220 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 刘文进;张野;南敬昌;杜有益;
传输带宽和效率一直是短距离通信传输的两项重要技术指标。如何使功放工作在宽频带的同时兼具高效率是业内的研究难点与热点。通过对F/F~(-1)类功放的研究，在漏极电压中引入修正因子扩大阻抗匹配空间。将传统的F/F~(-1)类功放拓展至连续F/F~(-1)类功放。推广的连续型F类功放有效地提高了工作带宽。通过测试，该款功放工作在1～3 GHz内，功放的增益大于11 dB,饱和输出功率大于41 dBm,功率附加效率为57%～73%。将该款功放与近几年的超宽带功放性能进行比较，很明显在保证了高倍频程的前提下具有更高的效率和更紧凑的结构。说明实验设计是可行的，能够很好地适应5G的短距离通信传输。
2023年06期 v.42;No.376 736-742页 [查看摘要][在线阅读][下载 539K] [下载次数：81 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 杨九川;杨发顺;马奎;
基于国内某CMOS工艺设计了一种单一PMOS差分对的轨到轨输入、恒跨导CMOS运算放大器。输入级电路采用折叠共源共栅结构，通过体效应动态调节输入管的阈值电压扩展共模输入范围到正负电源轨，恒定共模输入范围内的跨导，自级联电流镜有源负载将差分输入转换为单端输出；输出级电路采用AB类结构实现轨到轨输出，线性跨导环确定输出管的静态偏置电流。在5 V电源电压，2.5 V共模电压，1 MΩ负载条件下，经Spectre仿真验证，该运算放大器开环增益为119 dB,相位裕度为58°,共模输入范围为0.0027～4.995 V,共模范围内跨导变化小于3%,实现了轨到轨输入共模范围内的跨导恒定。
2023年06期 v.42;No.376 743-749页 [查看摘要][在线阅读][下载 2435K] [下载次数：93 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ]