刊 名:
电子元件与材料
ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS
主 办
国营第715厂
中国电子学会
中国电子元件行业协会
刊 期:月刊
出版地:成都市
语 种:中文
开 本:大16开
刊 号:

ISSN 1001-2028
CN 51-1241/TN
邮发代号:62—36
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综述与评论

  • Fe-MOFs衍生碳基吸波材料研究进展

    钟国媛;董季玲;石小雪;王明媚;钟晨晨;

    随着社会的快速发展和电子设备的普及,电磁辐射污染问题变得尤为突出,也带来了潜在的危害。因此,开发高效的电磁波吸收材料以解决电磁辐射污染问题迫在眉睫。铁基金属有机框架(Fe-MOFs)具有高度不饱和的铁金属中心离子和多样的结构类型。通过将Fe-MOFs作为前驱体进行碳化,可以制备出铁/铁氧化物/铁碳化物均匀分布的衍生碳基化合物。这些Fe-MOFs衍生碳基化合物表现出较高的介电损耗和磁损耗能力,可有效克服当前吸波材料存在的吸收频带窄、阻抗匹配性差等问题,成为近年来备受关注的一种新型吸波材料。首先简要介绍了电磁波吸收机制,然后综述了近年来关于单金属、双金属、三金属Fe-MOFs以及由Fe-MOFs与其他材料(包括碳材料、导电聚合物、MXene和生物质)复合制备的衍生碳基吸波材料的研究进展,最后对MOFs衍生碳基吸波材料的未来发展方向进行了展望。

    2024年02期 v.43;No.384 127-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 2267K]
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研究与试制

  • 基于钒钛磁铁矿尾矿的发泡陶瓷制备及性能研究

    朱砂;郭阳;王昕;陆海鹏;

    攀西地区铁尾矿的大量堆积严重污染了当地的生态环境。固废基发泡陶瓷吸波材料在解决铁尾矿堆积问题的基础上,推进了发泡陶瓷在吸波材料领域的应用。通过正交试验探索了烧结温度、保温时间和发泡剂掺量对发泡陶瓷物理性能的影响,并综合分析得出优选烧结方案:烧结温度为1190℃,保温时间为60 min,发泡剂掺量为质量分数0.3%。依照此方案制备的发泡陶瓷体积密度为0.23 g/cm~3,体积吸水率为0.76%,抗压强度为0.73 MPa,导热系数为0.06 W/(m·K),孔隙率为89.89%。在正交试验制定的工艺基础上,探索了试样厚度对发泡陶瓷吸波性能的影响。研究结果表明:在烧结温度1170℃,吸波剂掺量为质量分数30%时,厚度为15 mm的发泡陶瓷吸波性能最优,在0.5~18 GHz的频率范围内反射损耗降低至-28.58 dB,显示出2.35 GHz的有效吸收带宽。该研究为钒钛磁铁矿尾矿的资源化利用和发泡陶瓷在吸波材料方面的运用提供了参考。

    2024年02期 v.43;No.384 137-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 3405K]
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  • LLZTO涂覆天丝无纺布锂离子电池隔膜的制备

    幸楚粤;李尧;张奥捷;龙金;胡健;

    针对锂离子电池用无纺布隔膜孔径分布不均的问题,采用原纤化天丝纤维制备湿法无纺布基材,结合氧化物固态电解质涂层,在收窄孔径尺寸及区间分布的同时,降低电池内阻,提升电化学性能。固态电解质涂层搭配低转数无纺布隔膜会导致基材侧渗出大量陶瓷,但对于组装后电池循环及倍率测试无影响。涂覆之后的无纺布隔膜(LC10)组装钴酸锂全电池循环后拥有较低的极化电压,且由于拥有较高的离子迁移数及更低的欧姆电阻和电荷转移电阻,其在3C高倍率循环下的容量保持率可达85.93%。未涂覆固态电解质涂层的无纺布隔膜低温性能差于商品样,低温镀锂情况较商品样更加严重,而LC10低温下的初始比容量可达124.9 mAh/g,容量保留率为94.23%。

    2024年02期 v.43;No.384 146-153+161页 [查看摘要][在线阅读][下载 2861K]
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  • 阵列式碳纤维复合材料的制备与微波吸收机理研究

    贾琨;董文洁;宋进;马晨;王建刚;

    以碳纤维为代表的碳材料具有质轻、导电性好、化学稳定性强等突出的物理化学性质,将其作为吸波剂使用可以提升材料的吸波性能、使用寿命并有效降低重量。通过“电场取向优化+基体灌封固化”的工艺完成了不同组分阵列式碳纤维复合材料的制备,采用SEM、FT-IR等手段对材料的形貌和化学成分进行表征,利用矢量网络分析仪对材料在2~18 GHz频段内的复介电常数和复磁导率进行表征,分析了微观结构对材料电磁参数、界面阻抗匹配及电磁波吸收性能的影响规律,最后研究碳纤维空间排布形式、复配粉体成分对其吸波性能的影响机制。结果表明,材料的电磁损耗机制由电介质损耗、干涉相消、界面极化弛豫、磁损耗共同构成;当复合材料厚度为2.0 mm时,反射率<-10 dB(6.1~7.6 GHz),在6.5 GHz处最大衰减值为-15.2 dB,热导率达到3.2 W/(m·K);验证所制备的材料在满足电磁波吸收功能的同时还具有一定的导热性。

    2024年02期 v.43;No.384 154-161页 [查看摘要][在线阅读][下载 1764K]
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  • 氧化石墨烯掺杂二氧化硅气凝胶的特性研究

    谢擎宇;刘文龙;王思哲;廖家轩;

    为满足高温防护需求,快速制备高强度、低导热系数的气凝胶成为一项重要的科学挑战。采用超临界干燥法,成功通过掺杂氧化石墨烯(GO)的方式,改善了二氧化硅气凝胶的性能。通过电子显微镜观察发现,GO均匀地镶嵌在气凝胶基体中,形成了有效的支撑骨架,显著增强了气凝胶的强度。傅立叶变换红外光谱分析表明,GO与二氧化硅气凝胶之间仅存在物理结合,并未形成明显的化学键。通过氮吸附/解吸测量发现,GO/SiO_2气凝胶的比表面积和孔径可以通过调整GO的用量进行可控调节。实验结果显示,当GO含量为质量分数0.5%,1%和2%时,GO/SiO_2气凝胶的比表面积分别为895,1294和997 m~2/g,与未掺杂的SiO_2气凝胶(852 m~2/g)相比有所增加。由于GO的加入,GO/SiO_2气凝胶的密度(0.07 g/cm~3)略高于纯SiO_2气凝胶(0.06 g/cm~3),为其提供了更高的强度和承载能力。此外,GO/SiO_2气凝胶的导热系数为0.0176~0.0204 W/(m·K),低于纯SiO_2气凝胶(0.0221 W/(m·K))。该研究为SiO_2气凝胶在实际应用中的推广和应用提供了新思路。

    2024年02期 v.43;No.384 162-168页 [查看摘要][在线阅读][下载 1697K]
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  • Al_2O_3-SiO_2/纤维素复合气凝胶的制备及其阻燃性能

    何亮;邱宇洪;周立春;刘文龙;王思哲;廖家轩;

    针对纤维素气凝胶隔热性能差、易燃烧等问题,基于液氮定向冷冻及真空冷冻干燥技术,以低成本、环境友好的微晶纤维素为原材料,Al_2O_3-SiO_2溶胶为阻燃剂,去离子水为溶剂,加入硼酸作为催化剂控制共水解进程,制备出隔热阻燃性能良好的Al_2O_3-SiO_2/纤维素复合气凝胶。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、锥形量热仪等研究了Al_2O_3-SiO_2溶胶含量对材料结构与性能的影响,并分析了复合气凝胶的阻燃机制。结果表明,随着Al_2O_3-SiO_2溶胶含量的增加,Al_2O_3-SiO_2/纤维素复合气凝胶从蜂窝状结构向多孔三维网络结构转变,孔径减小。Al_2O_3-SiO_2溶胶与微晶纤维素溶液体积比为2∶10时,具有最高分解温度205.21℃和最大质量保持率35.191%。点燃时间为11 s,热释放速率峰值为127.13 kW/m~2,表现出更好的阻燃性与抑制火焰生成能力。

    2024年02期 v.43;No.384 169-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 1794K]
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  • 基于电阻膜的宽带超材料吸波体设计

    杨佳蓬;逯景桐;张帅;许建春;毕科;

    基于吸波材料有效吸收和耗散电磁波能量的特性,研究人员实现了对电磁波的精确控制与隔离,这对电磁波的调控起到至关重要的作用。为实现宽带平稳吸收电磁波,提出了一种基于电阻膜的宽频带超材料吸波体,该结构由三层构成,顶层采用周期排布的电阻膜结构,中间层采用FR-4介质基板,底层采用金属背板。电阻膜主要由导电油墨构成,其作用是吸收电磁波能量后将其转化为热能进行耗散。仿真测试表明,所设计的吸波体在14.2~25.3 GHz频率范围内达到了90%以上的吸收率,平均吸收率高达98.23%,且具备偏振不敏感特性。为了验证设计的可行性,通过控制丝网印刷的参数和条件成功制备了吸波体样品,实际测量值与全波模拟结果展现了较好的一致性,为宽带吸波体的设计提供了参考依据。

    2024年02期 v.43;No.384 176-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1744K]
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  • 空间辐射环境下SiC功率MOSFET栅氧长期可靠性研究

    杜卓宏;肖一平;梅博;刘超铭;孙毅;

    利用等效1 MeV中子和γ射线对1200 V SiC功率MOSFET进行辐射,研究了电离损伤和位移损伤对器件的影响,并分析了辐射后器件栅氧长期可靠性。结果表明:中子辐射后器件导通电阻发生明显退化,与辐射引入近界面缺陷降低载流子寿命和载流子迁移率有关。时间依赖的介质击穿(TDDB)结果表明,栅泄漏电流呈现先增加后降低趋势,与空穴捕获和电子捕获效应有关。中子辐射后栅漏电演化形式未改变,但氧化层击穿时间增加,这是中子辐射缺陷增加了Fowler-Nordheim(FN)隧穿势垒的缘故。总剂量辐射在器件氧化层内引入陷阱电荷,使得器件阈值电压负向漂移。随后的TDDB测试表明,与中子辐射一致,总剂量辐射未改变栅漏电演化形式,但氧化层击穿时间提前。这是总剂量辐射在氧化层内引入额外空穴陷阱和中性电子陷阱的缘故。

    2024年02期 v.43;No.384 182-189页 [查看摘要][在线阅读][下载 1822K]
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  • 基于相场法的电极箔粉末烧结模拟及影响因素分析

    孟庆玉;黄勇;董晓红;张志虎;李豪人;

    以粉末涂层型电极箔为研究对象,采用相场法对颗粒烧结及孔隙的收缩进行仿真模拟,根据实际烧结孔隙数据建立了五种不同空间结构类型的孔隙模型,通过模拟计算不同粒径烧结孔隙变化,验证了模型模拟的有效性。采用单因素分析法探究了烧结温度及孔隙类型的改变对最终孔隙面积的影响规律,结果表明:仿真模拟中烧结温度影响颗粒间烧结速度;孔隙的类型影响最终铝粉烧结形貌,并进一步影响烧结形成的孔隙面积,其中以三角形孔隙面积最小。模型的建立对不同烧结温度、烧结时间、孔隙类型的粉末涂层型电极箔有效表面积的预测具有重要参考价值。

    2024年02期 v.43;No.384 190-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 1382K]
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  • 电解液温度对Ta_2O_5阳极氧化膜结构和性能的影响

    田超;王凤华;郑传江;刘开文;

    磷酸电解液中,采用阳极氧化法在高纯钽箔表面制备Ta_2O_5阳极氧化膜,通过椭圆偏振光谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和电化学测试等,研究了电解液温度对Ta_2O_5阳极氧化膜结构、化学组成、介电性能和绝缘性能的影响。结果表明,Ta_2O_5阳极氧化膜中结合有少量的电解液阴离子,且结合的阴离子含量和分布深度随电解液温度升高而降低;Ta_2O_5阳极氧化膜介电常数和绝缘强度随电解液温度升高而增大,但过高的温度会促进非晶态Ta_2O_5晶化从而导致氧化膜性能劣化。当电解液温度从25℃升高至85℃时,氧化膜介电常数增大约3.5%,耐击穿电压提高约1%,膜中结合态阴离子的分布深度从氧化膜厚度的约1/2降低至约1/4。基于实验结果,钽在磷酸电解液中的最佳阳极氧化温度是85℃。

    2024年02期 v.43;No.384 197-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 1532K]
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  • 带有阈值电压的非线性忆容器混合建模与特性分析

    曹伟;乔金杰;崔弘;

    忆容器是在电感、电容和电阻基本电路元件之后出现的新型电路元件,因其具有非易失性和非线性特点,在众多领域中具有广泛的应用前景。为了使忆容器模型更接近实际忆容器和方便与其他二端口电路元件连接,通过引入阈值电压的方法改进了忆容器荷控数学模型,并利用Simscape和Simulink相结合的混合建模方法建立了带有阈值电压的忆容器二端口仿真模型。通过仿真实验分析了触发电压的幅值和频率对该仿真模型磁滞回线的影响。结果表明,建立的仿真模型符合忆容器的基本特性,即磁滞回线随电压幅值的增大逐渐变宽,随电压频率的增加逐渐变窄。该模型可为以后忆容器的应用研究和仿真研究奠定基础。

    2024年02期 v.43;No.384 204-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 1127K]
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  • Ag纳米线掺杂单晶SnSe热电和力学性能的研究

    袁小红;王成江;魏诗蒙;徐晓锐;

    为探究Ag纳米线掺杂对单晶SnSe的热电和力学性能的影响,建立了一种1D-3D的复合结构体系的理论模型。基于密度泛函理论的第一性原理,计算了Ag纳米线掺杂体系的能带、态密度、载流子相对质量、声子群速度及弹性常数等。从微观特征变化研究Ag纳米线掺杂对热电转化性能和力学性能的影响。结果表明:随着Ag纳米线掺杂浓度的增大,体系的禁带宽度逐渐减小,导带有明显的提高,提高了载流子的迁移率,有利于电导率的提高;载流子相对质量呈现先上升后下降的变化趋势,且相较于未掺杂的SnSe有明显增大,材料的塞贝克系数显著提高;声子群速度逐渐减小,导热性能降低,有利于热电性能的提高;掺杂Ag纳米线的SnSe的体模量和剪切模量均比未掺杂的SnSe小,材料的可塑性和韧性逐渐加强,SnSe的力学性能得到改善。

    2024年02期 v.43;No.384 209-216页 [查看摘要][在线阅读][下载 2923K]
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  • 组合压电材料发电性能及力学特性研究

    李标;邵家儒;郑子君;张欣怡;顾理;

    采用组合式压电材料的方法优化调节压电式能量收集器中压电结构的发电性能、刚度及振动特性,并在PZT-5H的单晶压电片中引入压电材料PZT-51与PVDF,通过调整组合形式改变了压电结构的机械刚度,通过模态分析优化了压电结构的振动特性。结果表明:合理的组合形式能够充分发挥压电材料的力电性能,提高压电能量收集器对复杂工作场景的适应性。引入压电材料PZT-51可以有效提高压电能量收集器的刚度;引入压电材料PVDF可以有效调节压电结构的一阶特征频率,在54~115 Hz范围内进行优化,有助于调节压电能量收集器的性能参数。

    2024年02期 v.43;No.384 217-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 1271K]
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  • 基于超表面的交叉极化转换器设计

    张胜;曹为为;解鑫;李大妮;于梦杰;程德强;

    针对目前对极化转换器高性能的需求,提出了一种新型的反射型交叉极化转换器。基于超表面结构,极化转换器由顶层周期排列的金属图案、中间介质板和金属底板三部分组成。研究表明,在9.38~23.78 GHz频率范围内,该结构可实现极化转换率(Polarization Conversion Ratio, PCR)高于95%的交叉极化转换,其中四个谐振峰处极化转换率接近100%。此外,转换带宽为14.4 GHz,相对带宽为86.9%。该结构简单、损耗小、成本低、易于加工与集成,在微波通信、测量和成像等领域有广泛的应用前景。

    2024年02期 v.43;No.384 223-229页 [查看摘要][在线阅读][下载 2270K]
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  • 一种用于传感器模拟前端的可编程增益放大器

    王程;张加宏;刘祖韬;邹循成;

    基于华虹0.18μm CMOS工艺设计了一款用于传感器模拟前端的可编程增益放大器(PGA),其整体采用全差分结构来抑制传感器输出的共模噪声、直流分量以及供电电源的输出噪声。该电路由仪表放大结构轨对轨输入级、轨对轨自动调零全差分运算放大器、数字控制电路以及直流分量消除电路这四个部分构成,同时采用连续时间自动调零校准技术来降低其输入失调电压。PGA的放大倍数为5 bit调节,共12个档位,分别为1,2,4,8,…,1024,2048倍。在3.3 V电源电压下,PGA输入输出摆幅为0.2~3.1 V。在输入500 mV的直流分量条件下,在-40~125℃的温度范围内,可将直流分量抑制到47.6μV。通过Virtuoso软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证,后仿真结果表明,在进行100次蒙特卡罗仿真下,电源抑制比和共模抑制比在1 kHz处的平均值分别约为110.3 dB和116.1 dB,输入失调电压的1σ值约为21.3μV。

    2024年02期 v.43;No.384 230-237+245页 [查看摘要][在线阅读][下载 2145K]
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  • SiC芯片封装纳米银烧结层的热机械分析及疲劳寿命预测

    倪艳;陈丹阳;蔡苗;杨道国;

    纳米银的热膨胀系数与模块中其他组件存在较大差异,导致在严苛环境下工作时发生热疲劳失效。因此,预测纳米银烧结层的热疲劳寿命成为关键问题。以SiC功率模块为对象,利用有限元仿真和修正的Coffin-Manson寿命预测模型,分析了纳米银烧结层在热循环载荷下的最大等效应力和疲劳寿命。进一步通过响应面法分析,以疲劳寿命为优化目标,选取了SiC芯片和纳米银烧结层最佳参数组合,并探究铜基板镀镍对疲劳寿命的影响。研究结果显示:在累积的热循环下,纳米银烧结层边角处的等效应力最大,最容易发生热疲劳失效。通过优化设计,当SiC芯片厚度取0.15 mm,纳米银烧结层厚度取0.1 mm时,最大等效应力降低了1.36%,疲劳寿命增加了1.57倍。此外,铜基板上的镍层与纳米银烧结层具有相适应的材料属性,能够降低纳米银烧结层的等效应力,并增加其疲劳寿命。

    2024年02期 v.43;No.384 238-245页 [查看摘要][在线阅读][下载 1607K]
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  • 回流焊温度对SnBi-SAC/ENIG焊点剪切强度的影响

    陈慧峰;姜梦夏;邱俊;曹荣幸;薛玉雄;

    针对有机电路板在回流焊接时的热变形问题,采用机械混合方法制备SnBi-SAC/ENIG复合焊点,研究回流焊温度对焊点微观组织和力学性能的影响。结果表明复合焊点在180℃下的剪切强度约为25 MPa,可满足芯片与基板预连接强度需求。随着回流焊温度的升高,复合焊点界面微观组织细化,存在弥散分布的小尺寸富Bi相与Ag_3Sn相。在250℃回流焊时,复合焊点强度提升至约55 MPa。该材料可适用于低温预连接-结构加固-高温回流的封装工艺,对抑制封装结构热变形具有显著效果。

    2024年02期 v.43;No.384 246-252页 [查看摘要][在线阅读][下载 3580K]
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