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三维结构硅负极在锂离子电池中的应用

三维结构硅负极在锂离子电池中的应用

作者：张铭扬桂林电子科技大学

学位级别：硕士

锂离子电池能量密度高、对环境友好、无记忆以及充/放电次数多等优点,而成为电池家族的新宠。硅基材料由于其具有嵌锂电压低、高理论比容量、分布广以及环境友好等优点,成为锂离子电池负极材料的最佳选择。但是,硅基材料嵌锂过程中体积... 详细信息

锂离子电池能量密度高、对环境友好、无记忆以及充/放电次数多等优点,而成为电池家族的新宠。硅基材料由于其具有嵌锂电压低、高理论比容量、分布广以及环境友好等优点,成为锂离子电池负极材料的最佳选择。但是,硅基材料嵌锂过程中体积膨胀大,使活性硅从集流体表面脱落,这种膨胀也会使电极表面的固体电解质相界面膜(SEI)破裂,而且会额外消耗Li,使电池容量随着循环周期增加而迅速下降。此外,硅基材料的导电性能相较于商业化使用石墨负极材料更低,使其具有更差的倍率性能,这些缺点使硅基负极材料在商业化过程中遭遇巨大的阻力。因此,硅基负极材料的性能改善研究具有重大意义。本论文以改善微米结构的硅负极材料以及微米尺寸三维结构在锂离子电池中的应用为目标,研究以直立石墨烯包覆硅负极的三维微结构对锂离子电池性能改善。同时,研究铝金属膜对厚度为1微米的硅基薄膜负极材料的影响。具体研究工作如下:(1)制备了晶体取向的硅微米柱阵列,用于筛选电解质添加剂。通过充放电循环、电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)对LiPF碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二乙酯(DMC)(1:1)体系中分别添加了氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)和碳酸亚乙烯酯(VC)电解质添加剂进行了测试。电解液添加剂的使用改善了锂离子电池的SEI膜的性能,其主要受膜成分的影响,而电解液添加剂的引入改良了SEI膜的成分,提高了锂离子电池的性能。含添加剂的电极表面的固体电解质相界面膜比较致密,十次循环后没有出现裂纹。因为表面膜的成分中含有聚锂盐,进一步提高了固体电解质相界面膜的性能。该工作为分析电解质添加剂的性能提供了一种快速有效的测试方法,为新型电解质添加剂的开发提供了指导。(2)制备了一种阵列结构的硅微米方柱-石墨烯复合三维结构,并研究了直立石墨烯包覆层对硅微米柱电极的电化学性能以及结构稳定性的改善作用。实验结果表明,直立石墨烯的包覆使首周库伦效率提升至90%以上,硅微米柱-石墨烯复合三维电极在50周循环后电极表面结构完整,表面覆盖一层薄的固体电解质相界面膜,而无直立石墨烯包覆的硅微米柱电极则从集流体表面脱落。同时,在长周期循环测试中,硅微米柱-石墨烯复合三维电极的库伦效率及容量保持率均优于未包覆石墨烯的电极。(3)在镍基底表面制备了非晶硅-铝薄膜复合结构,并研究了其性能。在镍集流体表面沉积厚度为1μm的硅薄膜电极材料,对单层50 nm铝薄膜结构和50nm/50nm以及25nm/25nm双层薄膜结构进行研究。结果表明,单层铝薄膜金属的复合电极使电池首周库伦效率得到提升,循环稳定性从380个循环提升至600个循环,寿命得到极大的提升。同时在双层膜结构的探索中,25nm/25nm双层薄膜结构的首周库伦效率最高,为87%,相较于单层膜结构的库伦效率提升4.6%。本论文研究成果为降低锂离子电池电解液添加剂的研发成本和微米尺寸硅负极电池材料的研制提供了新的方法与思路。

关键词：硅微米柱直立石墨烯低温刻蚀锂离子电池硅负极材料

基于液态金属纳米墨水的柔性导电线路制备及应用研究

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基于液态金属纳米墨水的柔性导电线路制备及应用研究

作者：张铭扬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

与传统固态金属材料相比,室温液态金属中的共晶镓铟合金（EGa In）具有低熔点,在室温下保持液态这一独特性质,使其在柔性电子领域具有广阔的应用前景。EGa In在保留金属材料良好导电性同时具有低毒性,能够满足实际生活中电子产品导电性... 详细信息

与传统固态金属材料相比,室温液态金属中的共晶镓铟合金（EGa In）具有低熔点,在室温下保持液态这一独特性质,使其在柔性电子领域具有广阔的应用前景。EGa In在保留金属材料良好导电性同时具有低毒性,能够满足实际生活中电子产品导电性能需求和使用安全性要求。在柔性电子产品的制造过程中,柔性导电线路制备和柔性基底/封装材料的选择都是保证产品满足柔性的关键环节,然而,EGa In的高表面张力,使得其难以与接触（基底/衬底）材料形成稳定良好的接触,接触材料与EGa In之间的润湿性问题给制造基于EGa In的线路带来了一定的挑战。本文通过将液态金属EGa In纳米化,制备了聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone,PVP）稳定的液态金属纳米墨水,实现了多种的线路成形工艺,并进行了相关柔性电子器件的应用研究。本文通过超声法制备的PVP稳定的液态金属纳米墨水具有良好的分散稳定性和生物相容性,改善了液态金属与各种刚/柔性基底之间的润湿性,扩大了基底材料的选择范围,结合烧结操作可以实现柔性电路的制备。对于PVP稳定的液态金属纳米墨水,采用直写法可以将墨水直接书写在多种基底材料表面,结合机械烧结对线路施加压力实现了液态金属纳米颗粒的再连接,制备了具有即时性的个性化导电线路。同时,该种液态金属纳米墨水具有优异的胶体稳定性,使其还能够采用喷墨打印法进行线路图案化,喷墨打印的液态金属图案具有良好完整性和清晰度。此外,PVP稳定的液态金属纳米墨水通过调节稳定剂的添加量实现了抽滤式的柔性液态金属滤纸片的制备,采用摩擦烧结无需工具即可恢复滤纸片的导电性能,结合激光加工可以得到指定结构和尺寸的导电图案。本文开发的多种线路成形工艺为实现基于液态金属纳米墨水的一系列柔性电子器件提供了良好基础。对直写式柔性电路进行热塑封装提高了线路的稳定性和耐久性,连接LED元器件制造了满足柔性变形需求的柔性电路板。对于抽滤法结合激光加工制备的液态金属导电线路图案,将其封装在Ecoflex的柔性材料中,可以制备用于近场通信（Near Field Communication,NFC）电子标签的液态金属天线、用于压力传感的叉指电容器以及用于肌电信号监测的柔性电极。当前的工作探究了基于液态金属纳米墨水多种的柔性导电线路成形工艺,以及相关柔性电子器件的通用制造策略,为其在印刷电子领域的应用提供了新的可能性。此外,兼具稳定性和生物相容性的液态金属纳米墨水为将来可植入的柔性电子器件的开发提供了新思路。

关键词：液态金属纳米墨水柔性电子直写式抽滤式喷墨打印式

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大延迟条件下无人机远程控制技术研究

大延迟条件下无人机远程控制技术研究

作者：张铭扬电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着无人机领域的研究深入,在军事应用中的传统空战方式逐渐转向了超视距无人驾驶战争模式;而随着军用无人机慢慢转入民用领域,也从侧面反应出无人机正进入了一个黄金的发展期,例如在航拍等方面有着代替有人机的发展趋势。本文... 详细信息

近年来,随着无人机领域的研究深入,在军事应用中的传统空战方式逐渐转向了超视距无人驾驶战争模式;而随着军用无人机慢慢转入民用领域,也从侧面反应出无人机正进入了一个黄金的发展期,例如在航拍等方面有着代替有人机的发展趋势。本文从现有无人机操纵方式出发,分析了典型的地面控制系统在遥操纵无人机时通信延迟时间的各个来源。由于通信延迟会导致无人机的遥操纵性不能达到实时性的技术要求,会面临不同程度的工程损失,特别是对于深孔探测等科研类研究项目,通信延迟带来的不可控后果将会更加严重。为了解决通信延迟带来的未知影响,本论文采用卡尔曼滤波算法来进行时间补偿技术,实现天地一体化大延迟系统上下行链路数据实时传输、控制的研究目标。本论文主要研究内容分为以下几个部分。1.基于传统有人机系统,对刚体六自由度飞行器模型采用小扰动线性化方法得到纵向小扰动方程组,并且通过驾驶员的传递函数描述了驾驶员模型。2.飞控环节和驾驶员控制环节均采用了经典PID控制来设计控制律,飞行器的内外环有两个PID控制器;驾驶员模型只有一个比例控制器,用来描述驾驶员的操纵增益和反应力度。3.研究了无线数据链路的组成,阐述了无人机数据链网络结构的五层模型,分析了影响数据链性能的有效性指标和实时性指标和产生数据链通信时延的原因以及误码率、丢帧率、无线信道等对通信时延的影响,并通过实验仿真了通信时延随传播距离的增加的变化关系。4.采用卡尔曼滤波算法对线性化处理后的系统状态进行通信延迟的预测控制;对于非线性延迟系统提出了一种引入渐进因子的扩展卡尔曼滤波的时间补偿技术,提高了滤波器对延迟非线性系统的时延适应性,最后用Simulink仿真设计了天地一体化大延迟预测控制系统模型,实验结果实现了对飞行器的实时控制技术要求。

关键词：无人机系统无线数据链通信延迟卡尔曼滤波

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ROS系统下机器人激光SLAM研究

长江信息通信 2022年第4期35卷 116-118页

作者：崔庆耀杨晨张铭扬张金学苗蔚江苏海洋大学电子工程学院江苏连云港222005

自机器人出现以来,人们就在不断研究如何使得机器人更加智能化,这时出现了SLAM技术,很多学者认为SLAM是机器人真正自主行动的开端。本文主要研究ROS系统下机器人的激光SLAM。该课题的实现,借助我国的思岚激光雷达传感器采集数据,在安装... 详细信息

自机器人出现以来,人们就在不断研究如何使得机器人更加智能化,这时出现了SLAM技术,很多学者认为SLAM是机器人真正自主行动的开端。本文主要研究ROS系统下机器人的激光SLAM。该课题的实现,借助我国的思岚激光雷达传感器采集数据,在安装有ROS的上位机进行远端操控,使用ROS框架结合控制移动的地盘节点、扫描周围环境的雷达节点、建立机器人坐标系的TF组件等多个功能包,在功能包的共同工作下实现远程控制机器人。功能的实现需要结合不同的环境选择不同的算法,通过算法程序结合雷达、底盘、stm32和上位机,从而实现低成本高精度的移动机器人的SLAM。

关键词： SLAM ROS 机器人

制备工艺参量对超大颗粒石墨/铜基复合材料基本性能的影响

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真空科学与技术学报 2024年第4期44卷 332-340页

作者：张铭君程伟刘培生宋帅程瑜扬李翔宇北京师范大学射线束技术教育部重点实验室北京100875

添加超大石墨颗粒来提高铜的润滑性能具有制备操作简便、工艺成本低等优点。文章在研制超大粒度石墨颗粒作为功能相的铜基复合材料基础上,探讨制备工艺参量对该复合材料热导率、压缩强度和摩擦系数等基本性能的影响。研究发现,该复合制... 详细信息

添加超大石墨颗粒来提高铜的润滑性能具有制备操作简便、工艺成本低等优点。文章在研制超大粒度石墨颗粒作为功能相的铜基复合材料基础上,探讨制备工艺参量对该复合材料热导率、压缩强度和摩擦系数等基本性能的影响。研究发现,该复合制品的热导率明显大于采用等质量的较小粒度石墨原料的复合制品;石墨含量越多,颗粒越小,铜/石墨复合样品的热导率就越低。结果表明,该复合制品的规定非比例压缩强度和抗压强度均明显高于采用较小石墨颗粒的复合制品,其力学性能主要与石墨颗粒大小和添加量有关。在本工作的粒度范围(120~1500μm)和含量范围(5%~15%)内,石墨颗粒越大,含量越少,其复合制品的力学强度就越好。研究还表明:该复合制品的摩擦系数与采用等质量的较小粒度石墨原料的复合制品基本相当;对于摩擦性能,本工作中的石墨含量以10%为佳,粒度以32目即约为720μm为佳。

关键词：铜基复合材料铜/石墨复合材料热导率压缩强度摩擦系数

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用于VCSEL阵列光分布调控的自由曲面透镜阵列设计

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光学学报 2024年第9期44卷 211-218页

作者：薛宇扬苏宙平江南大学理学院江苏无锡214122 江苏省轻工光电工程技术研究中心江苏无锡214122

针对垂直腔面发射激光器(VCSEL)设计了自由曲面整形透镜,使VCSEL输出光束在目标面呈均匀的辐照度分布。自由曲面透镜前表面为非球面,后表面为自由曲面。在设计自由曲面的设计过程中,在自由曲面透镜中间区域设置虚拟平面,根据虚拟平面和... 详细信息

针对垂直腔面发射激光器(VCSEL)设计了自由曲面整形透镜,使VCSEL输出光束在目标面呈均匀的辐照度分布。自由曲面透镜前表面为非球面,后表面为自由曲面。在设计自由曲面的设计过程中,在自由曲面透镜中间区域设置虚拟平面,根据虚拟平面和目标面能量之间的关系,确定自由曲面入射光束和出射光束的方向矢量,获得自由曲面采样点上各点的法向矢量。自由曲面的矢高和法向矢量之间构成了一个泊松方程。引进离散余弦变换的方法求解泊松方程,获得了自由曲面的矢高。模拟结果表明使用自由曲面整形透镜可将目标面辐照度均匀度提升到93.9%。为了适应在高功率场景中的应用,基于单个VCSEL模组的辐照度分布,应用蚁狮算法优化VCSEL模组之间的距离,对VCSEL模组阵列进行了二次光分布调控,使得阵列在目标面上的辐照度均匀度可以达到85.2%,光效率达到91.8%。

关键词：光学设计垂直腔面发射激光器自由曲面泊松方程离散余弦变换

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超级电容器用富氮炭电极材料制备及性能表征

电源技术 2013年第11期37卷 1969-1971,2006页

作者：张骥金小娟吴昱张铭扬北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

活性炭具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材料已得到广泛应用。由于活性炭的储能性能有限,在活性炭中引入氮原子,利用氮原子的准电容效应来提高活性炭材料的比电容是制备高比容量... 详细信息

活性炭具有制备简单、成本低、比表面积大、导电性好以及化学稳定性高等特点,作为超级电容器电极材料已得到广泛应用。由于活性炭的储能性能有限,在活性炭中引入氮原子,利用氮原子的准电容效应来提高活性炭材料的比电容是制备高比容量炭电极材料的一个重要途径。以价格低廉、来源广泛的煤为原料,以三聚氰胺为改性剂制备富氮活性炭电极材料。采用N2吸附法、元素分析及电化学测试对活性炭的孔隙结构、元素组成和电化学性能进行分析,研究了三聚氰胺改性对活性炭电极材料的电化学性能的影响。结果表明:当活性炭与改性剂的浸渍比为3∶2时,活性炭电极材料的BET比表面积从改性前的1 300 m2/g下降到1 082 m2/g,其氮元素含量相应从0.56%增加到4.13%,氮原子在活性炭表面形成含氮官能团(如N-6、N-5、N-X),50 mA/g电流密度下的比电容由165 F/g上升到188 F/g。

关键词：三聚氰胺富氮活性炭电极材料表征电化学性能

基于改进Olhson模型的文化传媒企业价值评估研究

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基于改进Olhson模型的文化传媒企业价值评估研究

作者：张铭重庆理工大学

学位级别：硕士

在当今快速发展的市场环境中,文化传媒行业作为一个高度创新和不断演化的领域,正扮演着日益重要的角色。随着我国市场化与工业化水平的不断提升,文化传媒行业蓬勃发展,为构建现代经济体系提供了智力支持和文化基础。然而,随着行业发展... 详细信息

在当今快速发展的市场环境中,文化传媒行业作为一个高度创新和不断演化的领域,正扮演着日益重要的角色。随着我国市场化与工业化水平的不断提升,文化传媒行业蓬勃发展,为构建现代经济体系提供了智力支持和文化基础。然而,随着行业发展的复杂性增加,如何准确评估文化传媒企业的价值成为一个备受关注的议题。本论文旨在探讨文化传媒企业价值评估的问题,强调从剩余收益的角度,基于历史经营数据进行综合评估。通过综合考虑企业内外部因素,以及行业特点,本研究试图提供更全面、准确的文化传媒企业价值评估方法,以指导企业决策和投资战略。本文结合文化传媒企业及其价值的特点,分别分析了三大基础方法的适用性。在三大评估方法中的收益法范畴内选择了Ohlson模型作为本文的主要评估方法,并针对其局限性进行改进。首先,引入杜邦分析对剩余收益进行改进,财务数据的充分利用很大程度上避免了评估的主观性;其次,对无限预测期进行了改进,引入两阶段模型,将未来预测期分为超额增长阶段和永续阶段,使得预测期更符合企业经营的一般规律;最后,由于文化传媒企业无形资产在企业整体资产价值中占比较高,引入市盈率计算CV。本文选取文化传媒行业的代表企业丝路视觉进行案例分析,来检验Ohlson模型对于文化传媒企业的适用性,以及对Ohlson模型改进的合理性。为使研究更为严谨,选择EVA模型作为次方法,应用两种模型分别测算丝路视觉的企业价值。计算结果显示,改进后的Ohlson模型得出的评估值更接近于丝路视觉评估基准日的企业价值,准确性更高。本研究首先深入审视了文化传媒领域的独特特征,以及当前广泛运用的企业价值评估方法。随后,系统详述了Ohlson模型的根本原理及其在此背景下的应用价值,重点突显了其独特之处,即将财务数据与市场信息巧妙融合的优越性。通过此综合性框架,本研究强调将Ohlson模型引入文化传媒领域作为价值评估工具的紧迫性与重要性,以充分整合财务与市场层面的关键因素,从而更为精准地评估企业价值。这一方法不仅能够提供投资者、管理层乃至其他利益相关方所需的更可靠决策支持,更有望有效应对文化传媒行业特有的价值创造和变革挑战。

关键词：文化传媒企业 Ohlson模型财务数据剩余收益

基于快速多极间接边界元法的地震超材料隔震效应

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工程科学与技术 2024年第2期56卷 151-161页

作者：刘中宪张铭楷黄磊黄振恩天津城建大学土木工程学院天津300384 天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384 天津大学建筑工程学院天津300072

中国是世界上遭受地震灾害较严重的国家之一。近年来,灾害性地震给人们的生命财产带来了极大的损失,对重大工程结构开展减震隔震设计成为结构设计中重要的一环。本文将快速多极间接边界元法(FMIBEM)应用到2维地震超材料对地震波的散射模... 详细信息

中国是世界上遭受地震灾害较严重的国家之一。近年来,灾害性地震给人们的生命财产带来了极大的损失,对重大工程结构开展减震隔震设计成为结构设计中重要的一环。本文将快速多极间接边界元法(FMIBEM)应用到2维地震超材料对地震波的散射模拟,并求解一种周期性隔震材料——岩土复合地震超材料(RSCSM)的隔震效应;在精度验证基础上,对RSCSM的带隙结构及不同单晶胞结构下的隔震效果与带隙范围进行详细的数值分析。结果表明:采用FMIBEM能够有效地处理大型地震超材料对地震波的宽频散射问题;RSCSM能够隔离地震波超低频段隙,方形晶胞结构产生的带隙宽度(0.5~17.0 Hz与54.0~72.0 Hz)涵盖了地震波产生危害的主要频段(0.5~2.0 Hz),隔震效果可达35%以上;改变RSCSM的单晶胞结构会对地震超材料带隙结构产生重要影响。方形晶胞结构产生的带隙约为0.5~17.0 Hz和54.0~72.0 Hz;菱形晶胞结构产生的带隙约为0.5~20.0 Hz;菱形单点晶胞结构产生的带隙约为0.5~16.0 Hz和40.0~57.0 Hz;菱形双点晶胞结构产生的带隙约为0.5~14.0 Hz。硬散射体填充率也会对带隙产生重要影响,相同填充率情况下,四边形晶胞能够产生更宽的带隙,并且能够在更低的填充率情况下产生更好的带隙效果。菱形单点与菱形双点晶胞结构只能在非常高的填充率情况下产生较好的带隙效果。本文研究为地震超材料对地震波散射的模拟提供一种高效方法,研究结论可为地基隔震设计提供科学依据。

关键词：隔震超材料边界元法(BEM) 带隙