综述与评论

• 离子有序影响微波介质材料品质因数的研究进展

  陈德钦;曹雪凤;黎峰荣;朱肖伟;苏聪学;郭欢欢;王政锋;李纯纯;

  微波通信技术在当代信息技术中具有极为重要的地位，微波介质材料作为微波通信电路中的关键材料，具有不可替代的作用。品质因数Q是衡量滤波特性和通信质量的重要参数，具有高品质因数的谐振器可以获得良好的选频特性，从而更精准地接收信号，减少干扰。离子有序度调控是影响品质因数的重要因素，国内外学者对离子有序与品质因数的关系开展了长期的研究，积累了一定的研究成果。本文按晶体结构类型归类，回顾国内外学者在离子有序调控微波介质材料品质因数领域的研究成果，详细介绍了复合钙钛矿、(Zr, Sn)TiO_4、尖晶石结构和岩盐结构等常见体系中的离子有序-无序行为调控品质因数的研究进展，总结了离子有序与品质因数之间的关联性，最后对优化微波介质材料品质因数的发展方向进行了展望。

  2023年07期 v.42;No.377 757-773页 [查看摘要][在线阅读][下载 1478K]
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• 高频功率磁技术的发展现状及展望

  吴军科;古书杰;付振晓;李强;李旺昌;

  信息与通信技术的飞速发展促使电力电子技术朝着高效率、高功率密度方向发展。作为变换器中重要的无源元件之一，磁性元器件对变换器效率和功率密度有着十分重要的影响。一般而言，高性能的变换器较难直接选用市场上现成的磁元件，需要开展磁元件的定制设计，以匹配电源的应用场景和指标要求。高性能功率磁元件的优化设计往往涉及多方面因素，从元件封装形式选择、磁材选型、磁芯和绕组设计、应用场景等方面均需予以权衡，以便达到或接近最优设计，支撑变换器系统的指标达成。从高频功率磁性材料、磁元件仿真设计、磁元件建模、磁元件应用等四方面对高频功率磁技术的国内外发展现状进行了系统调研，并对该领域的发展趋势进行了展望。

  2023年07期 v.42;No.377 774-785页 [查看摘要][在线阅读][下载 1709K]
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新能源材料与器件专题

• 水系锌离子电池电解液添加剂的研究进展

  叶熙凌;陈卓;陈素晶;张易宁;

  水系锌离子电池(AZIBs)因具有安全性高、成本低、环境友好以及能量密度高等特点，在大型储能领域具有广阔的应用前景。近年来，AZIBs已经取得了一系列研究进展，但还未实现产业化。锌阳极不可避免地存在枝晶生长、析氢反应以及腐蚀反应等问题，以及阴极活性物质的溶解都是制约高性能AZIBs的关键因素。综述了当前常用的AZIBs电解液及其添加剂的研究进展，重点对离子添加剂、有机添加剂以及无机添加剂进行讨论分析，并提出了AZIBs改进策略和未来研究方向。

  2023年07期 v.42;No.377 786-795页 [查看摘要][在线阅读][下载 1857K]
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• AgNbO_3基反铁电陶瓷制备及其储能性能改善研究进展

  杜明超;蔡苇;陈大凯;李修齐;陈刚;

  电介质电容器作为重要的储能形式之一，具有功率密度高、充放电速度快等优点，已被广泛应用于新能源汽车、脉冲功率器件等领域。铌酸银(AgNbO_3)无铅反铁电材料因具有独特的双电滞回线特性，具有较为优异的储能性能和温度稳定性，是理想的电介质储能材料。综述了近年铌酸银无铅反铁电陶瓷的制备及储能性能改善的研究进展，详细阐述了基于容差因子、离子极化率以及二者协同调控对铌酸银基陶瓷储能性能的影响规律及内在机制，并对其未来的研究方向进行了展望。

  2023年07期 v.42;No.377 796-804页 [查看摘要][在线阅读][下载 1299K]
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• 有机物碳化包覆LiFe_5O_8锂离子电池负极材料研究

  霍晋生;冉淇文;李蕾;刘兴泉;

  LiFe_5O_8是一种潜在的高能量密度锂离子电池负极材料，不仅成本低、安全性好，还具有比容量高、能量密度高的优点。但低的离子和电子导电率限制了其进一步的应用。该项工作利用低温热分解有机物碳源的方法对LiFe_5O_8负极材料进行碳包覆改性。一方面，有机物碳化后形成的碳包覆层可以提升LiFe_5O_8颗粒之间的电子转移速率，从而显著降低可逆反应的势垒；另一方面，碳包覆层可以有效缓解电极的体积变化，从而避免活性物质的粉化和脱落。研究结果显示，以蔗糖为碳源的碳包覆效果最好，在0.5C倍率下循环50圈后放电比容量能保持在400.8 mAh·g~(-1);在1C的高倍率下循环200圈后蔗糖碳包覆样品仍展现出313.3 mAh·g~(-1)的超高比容量，可见其倍率性能得到了极大提升。该项工作为开发低成本的锂离子电池材料提供了一种可行的策略。

  2023年07期 v.42;No.377 805-811页 [查看摘要][在线阅读][下载 1961K]
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• 一种实现锂均匀沉积的金属-有机框架材料

  刘洋;李瑶瑶;杨成韬;

  在锂金属电池内部锂负极表面，不均匀的离子分布和锂沉积会导致自由无序状锂枝晶生长，枝晶尖端刺穿隔膜，电池的性能快速降低，最终导致电池短路失效。为了解决枝晶生长问题，实现均匀锂沉积和电池长循环性能，本工作引入了一种具有吸附阴离子能力的金属-有机框架结构材料，即ZIF-8(沸石咪唑框架8号),作为电解液的添加剂，对锂金属电池内部锂负极表面离子传输进行调控。最终实现了在3 mA·cm~(-2)电流密度和3 mAh·cm~(-2)面内容量测试条件下，长于400 h的锂对称电池长循环性能，该性能远远超过同样测试条件下的未改性锂对称电池性能(150 h),证明了金属有机框架材料ZIF-8具有调控负极表面离子分布和实现锂金属电池锂均匀沉积的特性。

  2023年07期 v.42;No.377 812-816+824页 [查看摘要][在线阅读][下载 1651K]
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研究与试制

• 聚合物热解法制备的Ca_(1-x)Tb_xCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的介电性能

  郝嵘;张建花;郭向阳;王大伟;陈子成;

  CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)介电陶瓷具有巨介电常数和高温度稳定性等优点，在陶瓷电容器领域具有广阔的应用前景。然而，较高的介电损耗(tanδ)和较低的击穿场强(E_b)阻碍了其实际应用进程。为了降低tanδ并提高E_b,采用聚合物热解法制备了Ca_(1-x)Tb_xCu_3Ti_4O_(12)陶瓷，并系统研究了不同浓度的Tb取代对陶瓷相结构、微观形貌和介电性能的影响。结果表明，Tb取代会抑制晶粒生长，并且在显著降低陶瓷tanδ的同时能大幅提高E_b。特别是Ca_(0.90)Tb_(0.10)Cu_3Ti_4O_(12)陶瓷的tanδ和E_b分别为0.020和40.0 kV/cm,较CCTO(0.071,8.3 kV/cm)有了明显的改善。经分析，tanδ和E_b得到改善的主要原因是Tb提高了陶瓷的晶界激活能和晶界电阻，抑制了载流子的产生与传输。此外，所有样品均符合X7R的电容器标准。该成果有助于促进CCTO陶瓷的商业化进程。

  2023年07期 v.42;No.377 817-824页 [查看摘要][在线阅读][下载 1892K]
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• 高分散微米银粉的宏量制备及其烧结性能研究

  张梦梦;纪丁愈;李照枝;徐乐;冯哲圣;

  熔融烧结过程中形成稳定可靠的连续导电通路是电子系统互联封装用导电银浆电性能提升的关键，其核心影响因素是银颗粒尺寸、形状、复配体系。采用绿色温和的液相还原方法实现了粒径、形貌可控的微米级银粉的宏量制备。研究了制备工艺参数对微米银粉粒径分布、表面形貌的影响规律。将制得的均匀粒径微米银粉(质量分数70%)与商用纳米银粉(质量分数5%)复配作为共导电填料制备了导电银浆。结果表明，微、纳米银粉复配制备的导电银浆在烧结过程中更有利于导电网络的形成。其中，当复配银粉质量分数为75%时，烧结银浆电阻率可低至1.8×10~(-8)Ω·m。

  2023年07期 v.42;No.377 825-831页 [查看摘要][在线阅读][下载 3966K]
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• 钙离子交联的MXene/海藻酸钠高性能屏蔽织物的制备

  杨璐遥;纪丁愈;成明华;冯哲圣;王焱;

  随着电磁辐射对人体健康和生活环境的危害日益增加，制备具有出色电磁干扰(EMI)屏蔽性能和优异稳定性的可穿戴式屏蔽织物有重要意义。目前制备屏蔽织物的难点在于保持织物基材与涂层良好结合的同时，赋予其高屏蔽性能。针对此，提出了一种逐步组装技术，用于构建复合涂层得到具有高EMI屏蔽性能和稳定性的透气柔性织物。首先，过渡金属碳/氮化物(MXene)纳米片与聚合物海藻酸钠(SA)的复合材料与织物基材结合形成稳定的层间结构，然后，将所得MXene-SA复合织物与钙离子进行交联，进一步增强其导电性能和稳定性。该织物具有优异的机械牢度和耐酸碱性，同时EMI屏蔽效能出色，在X波段上能达到36.35 dB。

  2023年07期 v.42;No.377 832-838页 [查看摘要][在线阅读][下载 2200K]
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• 空位缺陷和原子掺杂对氮化镓热导率影响的分子动力学模拟

  高志乐;王继芬;

  针对氮化镓(GaN)基电子器件散热的背景，基于非平衡分子动力学(NEMD)方法研究了空位缺陷和原子掺杂对GaN晶格热导率的影响。结果表明，空位缺陷和原子掺杂会造成GaN热导率的显著变化。当温度相同时，含空位缺陷的GaN热导率低于完整GaN的热导率。在空位缺陷结构中，缺氮空位(VN) GaN的热导率低于缺镓空位(VGa) GaN的热导率。随着温度的上升，两种空位缺陷GaN的热导率都随着温度的上升而下降。在原子掺杂率为3.13%的GaN结构中，相同温度时，GaN结构掺杂铁(Fe)、镁(Mg)和硅(Si)的热导率较完整GaN热导率有所降低。在300 K至600 K范围内，掺杂同种原子的GaN热导率在300 K时最高。三种掺杂体系的GaN热导率都随着温度的上升而降低。该研究可为相关领域的GaN电子器件热管理应用提供理论参考。

  2023年07期 v.42;No.377 839-848页 [查看摘要][在线阅读][下载 3056K]
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• 一种双层圆孔阵列全介质超表面完美吸收器

  许瑞星;吕晓龙;郭云胜;

  入射电磁波在刻有周期性圆孔阵列的介质基板上激发的电偶极子和磁偶极子处于简并临界耦合状态时，能够实现全介质惠更斯超表面的完美吸收。然而，完美吸收需要介质基板的损耗处于一个临界值，这在由同一种组分构成的基板材料中很难实现。本文提出材料损耗相差较大的两种介质基板的叠层组合结构实现惠更斯超表面的完美吸收。实验结果表明，1 mm厚的磁性复合材料吸波片叠放在4 mm厚的聚四氟乙烯陶瓷复合材料基板上形成的双层结构，当其上刻有周期和直径分别为20 mm和17 mm的圆孔阵列时，能够吸收频率为9.68 GHz入射电磁能量的92.4%,与吸收率为99.6%的电磁仿真结果基本一致。双层圆孔阵列全介质完美吸收超表面具有重量轻、结构简单以及金属超表面不可比拟的诸多特性，在电磁隐身和屏蔽的应用中能发挥重要作用。

  2023年07期 v.42;No.377 849-854页 [查看摘要][在线阅读][下载 1859K]
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• 基于功率放大器的宽带非互易超表面设计

  董高雅;阳小龙;

  在电子对抗和无线通信系统中，放大有用电磁信号的同时还需要抑制电磁干扰信号，即需要针对不同类型的电磁信号进行非互易式调控。因此，支持空间电磁波非互易式调控的超表面应运而生。面向电子对抗及无线通信系统的超宽带趋势，非互易超表面不仅需要具备超宽的工作频带，还需要在超宽工作频段内引入阻带，从而避免与现有的窄带通信系统形成干扰。面向上述需求，基于接收、放大和再辐射的方案提出了“贴片-功率放大器-贴片”结构的非互易超表面，该超表面的工作频段为1.0～4.0 GHz,其工作频段与现有的ISM(Industrial Scientific Medical)频段产生干扰。为了避免上述干扰，将耦合结构和短路枝节加载到上述超构单元中，从而在超宽工作频带内引入阻带，最终在1.00～2.11 GHz和2.75～3.95 GHz两个频段范围内实现电磁波的非互易式调控。

  2023年07期 v.42;No.377 855-862+870页 [查看摘要][在线阅读][下载 2115K]
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• 卷对卷柔版印刷制备PET基RFID标签天线

  王雅芳;贺涛;徐乐;冯哲圣;王焱;

  聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优良的物理化学性能，其耐弯折性好、应用成本低廉，是柔性电子产品的重要目标基材之一，但其同时存在表面能低、粗糙度小、表面难以金属化且金属层与基材的附着力不佳的问题。提出了一种可靠且低成本的PET基射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)标签天线的卷对卷柔版印刷制备工艺。该技术以PET作为RFID标签天线的基材，以柔版印刷作为印刷技术，通过紫外固化技术对印制天线图案进行固化干燥，并采用化学沉积法制备RFID标签天线的金属层，具有工业化生产前景。通过扫描电子显微镜、X射线衍射与附着力测试证明了基材表面的金属层具有致密、结晶度高、附着力良好的优点，所得天线的电阻率低(2.98μΩ·cm)且机械性能良好(4000次弯曲)。

  2023年07期 v.42;No.377 863-870页 [查看摘要][在线阅读][下载 1818K]
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• 加载零折射率电磁超材料的高增益透明玻璃天线

  王蒙军;吴迪;孔丹丹;马晓宇;李艳禄;

  高面阻特性的透明氧化铟锡薄膜(Indium Tin Oxide, ITO)带来的欧姆损耗极大地影响了天线的辐射增益，为了改善应用在车联网系统中车辆玻璃表面共形天线的增益，采用零折射率超材料覆层与透明天线平行组合，天线与覆层之间的支撑体采用聚酯层板，可以保持整体高透明度和聚束效果。仿真与实测的研究结果表明，该天线能够覆盖2.4 GHz的ISM频段、5G-n77/n78以及C-V2X频段，在3.4 GHz处实现了3.23 dB的增益提升，半功率波束角分别在yoz面和xoz面上减少了17.2°和27.4°,克服了透明导电材料带来的损耗问题。利用微波暗室与矢量网络分析仪进行实物测试，结果表明实测与仿真结果匹配良好，总体设计可用于车载自适应网络通信系统。

  2023年07期 v.42;No.377 871-879页 [查看摘要][在线阅读][下载 2987K]
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• 用于5G智能手机的高隔离度双频8元MIMO天线

  姚婷;杨雪霞;黄涛;

  提出了一种用于第五代移动通信(5G)的8元高隔离度多输入多输出(MIMO)双频手机天线，覆盖3.5 GHz(3.4～3.6 GHz)和4.9 GHz(4.8～5.0 GHz)两个频段。8元MIMO阵列对称放置在手机两个侧边框内表面上，天线单元由倒F型单极子和缝隙耦合环路分支构成，其尺寸仅为16.3 mm×5.2 mm(0.18λ_L×0.06λ_L,λ_L为3.4 GHz的自由空间波长)。相邻单元间以11.5 mm(0.13λ_L)间距紧密排列，通过在单元间增加T型缺陷地结构，提高了MIMO阵列隔离度。对该8元MIMO天线阵列进行实物加工及测试，实测结果表明，在两个工作频段内，天线单元反射系数均小于-6 dB,隔离度分别高于20 dB和15 dB,天线效率均大于50%,包络相关系数(ECC)均小于0.006。

  2023年07期 v.42;No.377 880-887页 [查看摘要][在线阅读][下载 5020K]
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• 咪唑对钴互连化学机械抛光的影响

  郭峰;王胜利;王辰伟;张月;

  集成电路制造钴互连化学机械抛光粗抛过程要求较低的静态腐蚀速率，故需在抛光液中添加抑制剂以满足抛光要求。研究了抑制剂咪唑(IMH)对钴互连化学机械抛光的影响与作用机理。在弱碱环境下通过抛光与静态腐蚀实验研究咪唑对钴去除速率的影响，采用电化学、XPS实验研究咪唑对钴的缓蚀机理，采用AFM表征了咪唑对钴化学机械抛光后的表面粗糙度。结果表明，咪唑的添加有效地抑制了钴的去除速率与静态腐蚀速率，当咪唑质量分数为0.2%时，钴的去除速率由542.5 nm/min降至348.9 nm/min,静态腐蚀速率由60.2 nm/min降至1.5 nm/min,电化学腐蚀电流由62.4μA/cm~2降至3.5μA/cm~2。XPS结果表明，咪唑在钴表面生成钝化膜，保护了钴表面，抑制了钴的腐蚀。抛光后钴表面粗糙度由2.07 nm降至0.89 nm,表面质量得到提升。

  2023年07期 v.42;No.377 888-892+898页 [查看摘要][在线阅读][下载 1433K]
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• 高性能有机硅密封胶的研究

  张青;侯陈睿;王谊;

  电子元器件向着微型化、高集成化方向发展，对有机硅密封胶的性能提出了新的要求。为了提高其粘结强度、阻燃性能、机械性能和电气绝缘性能，以γ-(2,3环氧丙基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和羟基丙烯酸酯改性MQ硅树脂制得硅烷聚合物为增粘剂，乙烯基硅油为基料，含氢硅油为交联剂，气相白炭黑、硅微粉和氢氧化铝为补强材料，铂金复合体系为催化抑制剂，制备了有机硅密封胶，并研究不同组分对密封胶性能的影响。研究结果表明，当硅乙烯基∶硅氢的摩尔比为1∶1,MQ硅树脂的添加量为20%(以乙烯基硅油的质量分数为基准，下同)、增粘剂为1.5%、气相白炭黑为6%、硅微粉为20%、氢氧化铝为30%时，制备的有机硅密封胶综合性能优异，其剪切强度为4.72 MPa,拉伸强度为4.91 MPa,断裂伸长率为146%,阻燃性能达到V-0级，相比电痕化指数为600 V,完全可以满足电子元器件的发展对密封胶新的技术要求。

  2023年07期 v.42;No.377 893-898页 [查看摘要][在线阅读][下载 1297K]
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