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海藻酸钙基凝胶电解质用于纤维超级电容器的连续化制备

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高分子学报 2024年第3期55卷 287-295页

作者：张岩峰张琨王闯王兵杰彭慧胜聚合物分子工程国家重点实验室、复旦大学高分子科学系纤维电子材料与器件研究院先进材料实验室上海200438

溶液挤出法能够连续化制备纤维储能器件,设计与开发高离子电导率的凝胶电解质是实现纤维储能器件一体化挤出的关键.使用海藻酸钙作为聚合物骨架,制备出海藻酸钙/硝酸锂凝胶电解质,其离子电导率高达145.3 mS/cm,并通过溶液挤出法实现了... 详细信息

溶液挤出法能够连续化制备纤维储能器件,设计与开发高离子电导率的凝胶电解质是实现纤维储能器件一体化挤出的关键.使用海藻酸钙作为聚合物骨架,制备出海藻酸钙/硝酸锂凝胶电解质,其离子电导率高达145.3 mS/cm,并通过溶液挤出法实现了纤维超级电容器的连续制备.基于该凝胶电解质构建的纤维超级电容器,其电压窗口最高可以达到1.8 V,并在0.05~2.00A/g电流密度下均可正常工作.当纤维超级电容器的充放电电流密度由0.05A/g增加到0.50A/g,容量保持率为99.7%.经过1000圈的充放电循环后,纤维超级电容器的容量保持率为99.3%.通过优化凝胶电解质组分、纤维电极直径、凝固浴的浓度和温度,纤维超级电容器的制备速度可以达到20 m/min,最终能够连续构建长度超过3000 m的纤维超级电容器,有望应用于可穿戴电子器件领域.

关键词：纤维超级电容器凝胶电解质连续化制备智能织物

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透明导电材料研究进展

材料导报 2024年第6期38卷 72-84页

作者：张聪梁柄权王晓峰陈新亮侯国付赵颖张晓丹南开大学光电子薄膜器件与技术研究所太阳能转换中心天津300350 南开大学天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室天津300350

近年来,透明导电材料(Transparent conductive materials, TCM)作为触摸屏、液晶显示器(LCD)、智能窗、太阳电池(Solar cells)、发光二极管(LED)等先进光电子器件中的关键组件,其作用尤其重要。氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的光学和电学性... 详细信息

近年来,透明导电材料(Transparent conductive materials, TCM)作为触摸屏、液晶显示器(LCD)、智能窗、太阳电池(Solar cells)、发光二极管(LED)等先进光电子器件中的关键组件,其作用尤其重要。氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的光学和电学性能,是光电器件中应用广泛的透明导电材料。然而,铟元素的稀缺性、易碎性以及沉积过程中对底层薄膜的潜在损坏限制了其在未来新型光电子器件中的应用。开发适应高性能光电器件应用的TCM成为当前研究的重点。本文综述了透明导电氧化物、超薄金属和金属网格、介质层/金属/介质层(Dielectric/metal/dielectric, DMD)、碳纳米管和石墨烯等类型的TCM光电性能、应用领域、近年来相应的研究策略和重要成果、面临的挑战以及未来发展方向。

关键词：透明导电材料透明导电氧化物超薄金属和金属网格纳米材料

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面向人眼宽视场视觉成像质量的评价方法

计算机工程与设计 2024年第4期45卷 1157-1165页

作者：王杨隆海燕贾曦然河北工业大学电子信息工程学院天津300401 河北工业大学天津市电子材料与器件重点实验室天津300401

为考虑边缘视觉的影响,实现对人眼宽视场条件下视觉成像质量的量化,提出一种基于孪生神经网络的多视域成像质量评价方法。构建个性化眼模型,根据波前像差值获得不同视场处的成像图;利用色彩差异分割成像图中的不同区域,将其作为子图像... 详细信息

为考虑边缘视觉的影响,实现对人眼宽视场条件下视觉成像质量的量化,提出一种基于孪生神经网络的多视域成像质量评价方法。构建个性化眼模型,根据波前像差值获得不同视场处的成像图;利用色彩差异分割成像图中的不同区域,将其作为子图像以样本对的形式输入到孪生神经网络中,提取图像的多维特征;模拟人眼对色彩的差异化感知,对区域图像质量评价值进行加权,得到对整幅图像的质量评价。为验证算法的有效性,在TID2013、LIVE和CSIQ这3个图像数据库上进行实验,其结果表明,该方法对多视场处成像质量的量化评估有良好的性能。

关键词：孪生神经网络图像质量评价个性化眼模型色彩差异边缘视觉波前像差值差异化视场成像

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大尺寸有机分子晶体的生长及光电应用

化学进展 2024年第2期36卷 204-223页

作者：崔靖愉姜辉李荣金朱伟钢天津大学有机集成电路教育部重点实验室、天津市分子光电科学重点实验室理学院化学系天津300072 天津大学材料科学与工程学院天津300072

有机分子晶体通过非共价相互作用结合在一起,具有三维长程有序、热力学稳定、缺陷密度低等特点,在有机场效应晶体管、X射线成像、非线性光学、光波导、柔性可穿戴器件和激光器等领域有广阔的应用前景。以往的研究主要是基于有机块状晶... 详细信息

有机分子晶体通过非共价相互作用结合在一起,具有三维长程有序、热力学稳定、缺陷密度低等特点,在有机场效应晶体管、X射线成像、非线性光学、光波导、柔性可穿戴器件和激光器等领域有广阔的应用前景。以往的研究主要是基于有机块状晶体或小尺寸的有机微/纳米晶体,对大尺寸的有机分子晶体研究较少,而实际应用场景往往需要大尺寸的有机分子晶体,如晶体管阵列及电路需要英寸级晶体膜,X射线成像和非线性光学变频需要厘米级晶体。然而,获得高质量大尺寸的有机分子晶体极具挑战,国内外尚未有关于大尺寸有机分子晶体生长与光电性能研究的总结和综述。本文首先介绍了分子晶体的生长机理和生长方法,然后介绍了大尺寸有机分子晶体的材料,接着总结了大尺寸有机分子晶体在长余辉发光、非线性光学、X射线成像、快中子探测、场效应晶体管、光电探测器等光电方面的应用,最后讨论了这一领域存在的挑战并对未来发展进行了展望。

关键词：分子晶体大尺寸光电子学场效应晶体管

片层纤维V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O干凝胶提升水系锌离子电池循环性能

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工程科学学报 2024年第3期46卷 438-446页

作者：刘丹崔月裴彪高海燕赵永男天津工业大学材料科学与工程学院天津300387 天津市先进纤维与储能技术重点实验室天津300387

水系锌离子电池凭借低成本和环境友好的特点具有极大的发展和应用前景.具有高比表面、分层、或快速离子导体结构的钒基材料是锌离子电池最具有前景的正极材料之一.如何改善钒基材料的长循环性能是亟待解决的问题之一.本文采用溶胶凝胶... 详细信息

水系锌离子电池凭借低成本和环境友好的特点具有极大的发展和应用前景.具有高比表面、分层、或快速离子导体结构的钒基材料是锌离子电池最具有前景的正极材料之一.如何改善钒基材料的长循环性能是亟待解决的问题之一.本文采用溶胶凝胶法并冷冻干燥成功制备了V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O干凝胶,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其物相和形貌进行了表征,发现制备的材料为V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O,结晶相良好,且成片状纤维大孔结构.电化学测试表明,在0.1 A·g^(–1)电流密度下,首次放电比容量为388.4 mA·h·g^(–1),循环1000次后容量仍保持为129.7 mA·h·g^(–1),具有良好的长循环稳定性.在0.1、0.2、0.5、1、2和3 A·g^(-1)电流密度下,纤维状V2O5干凝胶表现出良好的倍率性能,放电比容量分别为388.4、338.5、282.9、239.1、194.4和165.9 mA·h·g^(–1),远高于商业化V2O5 (279.5、251.0、205.5、174.5、144.6和125.1 mA·h·g^(–1)).良好的电化学性能主要归功于结合水的支撑作用增大了层间距,在循环过程中材料具有良好的结构稳定性,避免了放电容量衰减;同时纤维片状结构缩短了锌离子的迁移路径.对充放电机理研究发现,在锌离子的嵌入脱出过程中伴随有碱式硫酸锌的生成与消失,且该过程可逆.

关键词：锌离子电池 V_(2)O_(5)·1.6H_(2)O 正极材料长循环性能机理探究

边修饰GeS_(2)纳米带的电子特性及调控效应

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物理学报 2024年第5期73卷 267-280页

作者：李景辉曹胜果韩佳凝李占海张振华长沙理工大学柔性电子材料基因工程湖南省重点实验室长沙410114

GeS_(2)单层已成功制备,为了进一步扩展其应用范围以及发现新的物理特性,我们构建扶手椅型GeS_(2)纳米带(AGeS_(2)NR)模型,并采用不同浓度的H或O原子进行边缘修饰,且对其结构稳定性、电子特性、载流子迁移率以及物理场调控效应进行深入... 详细信息

GeS_(2)单层已成功制备,为了进一步扩展其应用范围以及发现新的物理特性,我们构建扶手椅型GeS_(2)纳米带(AGeS_(2)NR)模型,并采用不同浓度的H或O原子进行边缘修饰,且对其结构稳定性、电子特性、载流子迁移率以及物理场调控效应进行深入研究.研究表明边修饰纳米带具有良好的能量与热稳定性.裸边纳米带是无磁半导体,而边修饰能改变AGeS_(2)NR的带隙,使其成为宽带隙或窄带隙半导体,或金属,这与边缘态消除或部分消除或产生杂化能带有关,所以边缘修饰调控扩展了纳米带在电子器件及光学器件领域的应用范围.此外,计算发现载流子迁移率对边缘修饰十分敏感,可以调节纳米带载流子迁移率(电子、空穴)的差异达到1个数量级,同时产生载流子极化达到1个数量级.研究还表明半导体性纳米带在较大的应变范围内具有保持电子相不变的鲁棒性,对于保持相关器件电子输运的稳定性是有益的.绝大部分半导体性纳米带在较高的外电场作用下,都具有保持半导体特性不变的稳定性,但带隙随电场增大而明显变小.总之,本研究为理解GeS_(2)纳米带特性并研发相关器件提供了理论分析及参考.

关键词： GeS_(2)纳米带边缘修饰电子特性物理场调控载流子迁移率

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草酸对钨膜化学机械抛光性能的影响

润滑与密封 2024年

作者：李丁杰周建伟罗翀孙纪元刘德正杨云点冯鹏北方集成电路技术创新中心(北京)有限公司河北工业大学电子信息工程学院天津市电子材料与器件重点实验室

在钨(W)化学机械抛光(CMP)过程中，针对虽然加入过多的硝酸铁会有较高的钨去速率但是会引入较多Fe3+的问题。本文在硅溶胶体系下，使用草酸作为钨CMP抛光液中的络合剂来提高钨的去除速率，通过去除速率、表面粗糙度和扫描电子显微镜实... 详细信息

在钨(W)化学机械抛光(CMP)过程中，针对虽然加入过多的硝酸铁会有较高的钨去速率但是会引入较多Fe3+的问题。本文在硅溶胶体系下，使用草酸作为钨CMP抛光液中的络合剂来提高钨的去除速率，通过去除速率、表面粗糙度和扫描电子显微镜实验研究了草酸对CMP过程中钨去除速率和表面质量的影响。通过电化学、光电子能谱(XPS)实验和密度泛函理论揭示了草酸对CMP的作用机理。结果表明，抛光速率随着草酸浓度的增加分为两个区域。草酸浓度0.04 wt%时的抛光速率随着草酸浓度的增加而减少，这可能是由于当草酸浓度0.04 wt%时草酸和Fe3+之间发生络合反应较强，草酸和WO3之间发生溶解反应较弱。当加入0.04 wt%的草酸时可以明显提高钨的去除速率。

关键词：化学机械抛光(CMP) 钨去除速率表面质量草酸

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混沌微腔激光器的研究进展(特邀)

光子学报 2024年第5期53卷 113-124页

作者：李建成雷彬鹃肖金龙杨跃德黄永箴中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室北京100083 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免... 详细信息

半导体混沌激光器已被应用在随机数生成、安全通信、混沌探测等领域。实现混沌激光器最常用方法是光反馈,但采用离散器件搭建的混沌激光器系统结构复杂、稳定性差。基于光反馈原理的光子集成混沌激光器、体积小,但工艺复杂,且无法避免光反馈引入的弱周期性。基于微腔内模式相互作用产生的自发混沌半导体微腔激光器,无需外部扰动,具有体积小、工艺简单、混沌带宽大、混沌态工作条件宽和无反馈弱周期性等优点,有望在具体应用中进一步发挥作用。针对近年来基于微腔的混沌激光器研究情况,本文进行了分类介绍,包括自发混沌微腔激光器、光反馈混沌微腔激光器和集成互注入激光器,总结了自发混沌微腔激光器的当前应用,对自发混沌微腔激光器的未来发展做了展望。

关键词：微腔混沌半导体激光器非线性物理随机数混沌探测

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2×4正方形微腔激光器阵列的激射特性研究

光学学报 2024年

作者：王玮陈幼玲杨珂绳梦伟杨跃德肖金龙黄永箴中国科学院半导体研究所光电子材料与器件重点实验室

制备了以四端口直连波导正方形微腔为基本单元的2×4半导体微腔激光器阵列。上下两排正方形微腔均设计为整体电极以简化实验操作。通过测量不同端口处的输出光谱，每个正方形微腔单元的模式得以识别。进一步，通过调节注入电流，可以实... 详细信息

制备了以四端口直连波导正方形微腔为基本单元的2×4半导体微腔激光器阵列。上下两排正方形微腔均设计为整体电极以简化实验操作。通过测量不同端口处的输出光谱，每个正方形微腔单元的模式得以识别。进一步，通过调节注入电流，可以实现模式位置和数量的有效调控。该激光器阵列实现了多路光源的面内集成，为片上大面积集成的微腔激光器提供了可能，并为多端口光源以及全光计算等应用奠定了基础。

关键词：半导体激光器阵列二维集成全光计算模式调控