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集成于公路护栏的聚风型摩擦纳米发电机的设计与实验研究
臧坤龙;郝奕锋;吴承格;为实现交通场景下风能的回收利用,解决交通设备辅助供电问题,开展了集成于公路护栏的聚风型摩擦纳米发电机(WCT-TENG)的设计与实验研究。依据交通场景中风能分散不稳定的特点,提出聚风结构方案,并对不同角度聚风罩进行仿真测试优化。搭建电机测试平台与风洞测试平台,在电机平台测试单个发电单元的输出性能,得出短路电流随转速增加而增大。通过风洞平台,对不同角度的聚风罩进行测试,测得聚风罩角度在55°时整体样机输出性能最好;在风速为7m/s时,可以为175个发光二极管(LED)供电。研究表明,该设计可以为交通能源回收与智能传感提供新方法,推动交通系统绿色智能化发展。
基于SOI工艺的载波抑制单边带调制器工作点标定技术研究
廖海军;崔乃迪;冯靖;冯俊波;吴凡;王一纯;方坤;基于SOI工艺的载波抑制单边带(CS-SSB)调制器由于干涉结构复杂,使其工作点难以准确标定,不准确的工作点对于CS-SSB调制器的载波抑制比和边带抑制比影响较大。研究了一种进光分光比可调的CS-SSB调制器架构,分析并推导了基于干涉分析法进行工作点标定的理论可行性。分别研究了基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件粗标定系统、基于自适应矩估计(ADAM)和光谱分析法的细标定系统,通过这两个标定步骤,成功完成了CS-SSB调制器工作点的准确标定。实验结果与理论推导结果相符,粗标定时间小于10 s,细标定算法在10 s内快速实现了最优解的搜索。研究表明,该技术能在极短的时间内求解出精准的工作点,实现约50 dB的载波抑制比、约30 dB的边带抑制比、约30 dB的边带对载波抑制比,完成了载波与边带的近乎完全抑制,标定系统性能比传统标定高出数倍。
热释电材料及红外探测器研究进展
孙浩展;明安杰;郭志鹏;刘北芳;张静;热释电红外探测器因具有无需制冷、灵敏度高、响应谱宽等优点,在红外成像、气体分析、环境监测等领域得到广泛应用。近年来,随着人工智能快速发展,高精度气体分析、在线分析、智能探测、智能制导等领域应用对热释电红外探测器提出了微型化、低功耗、数字化和更高性能参数的要求,基于传统材料体系的探测器在性能与集成度等方面的局限逐渐显现。系统综述了热释电红外探测器在材料体系、性能优化及器件结构设计方面的研究进展,重点讨论了热释电材料和器件的研究现状。最后对热释电红外探测器的未来发展方向、潜在挑战与机遇进行分析与展望。
基于自适应电流控制的低功耗音频功率放大器设计
许超;周静;马镇;韩前磊;基于双极工艺设计了一种自适应电流控制的低功耗音频功率放大器,主要包括:自适应电流控制电路、基准电路、功率放大器电路以及输出电压修调电路。自适应电流控制电路可以感知功放输入端信号,动态改变输出功率管输入偏置电流,降低音频功率放大器的静态功耗。功率放大器通过输出电压修调电路形成闭环连接可在中测阶段通过修调电阻调节输出电压,降低工艺偏差的影响。电路采用国内2μm、18,V双极工艺完成设计、流片,测试结果表明,其可以在1.8～18V电源电压下工作,拥有立体声及桥接工作模式。6 V电源电压下,静态电流为3.8 mA,输入失调电压为6 mV,电源抑制比为63 dB。
静电形成纳米线场效应晶体管的研究进展
邵照程;魏淑华;明安杰;静电形成纳米线场效应晶体管(EFN FET)是一类基于多栅极协同静电调控的新型器件。针对传统硅纳米线传感器制造后导电通道尺寸固定,导致灵敏度和动态检测范围受限等共性瓶颈问题,EFN FET通过多栅静电调控,在半导体内部构建了位置与尺寸可动态编程的虚拟纳米线通道,显著提升了器件性能。综述了EFN FET的工作原理及其应用进展:在温度传感方面,利用亚阈值区电流特性实现了优于互补金属氧化物半导体(CMOS)器件的电流温度系数(13.3%/K);在气体传感方面,通过边缘电场调控结合机器学习算法,解决了挥发性有机化合物(VOC)的高精度选择性识别难题;在生物传感方面,元纳米通道(MNC)技术有效突破了生物电荷的非均匀分布以及生理环境下德拜屏蔽效应的制约问题,在真实生物血清中实现了飞摩尔级无标记检测。最后对该技术在自动化控制与感算一体化系统中的前景进行了展望。
基于CPW馈电的层叠宽带MIMO天线设计
刘新宇;常睿;马健;王佳云;设计了一种基于共面波导(CPW)馈电的双层印刷宽带多输入多输出(MIMO)天线。该天线采用Rogers 4003C介质基板,通过CPW馈电,双层辐射结构拓展工作带宽;该天线可工作于5.75～12.28 GHz (相对带宽72.44%),方向图呈全向性,峰值增益为4.06 dB。将天线单元正交旋转90°形成四端口MIMO天线,尺寸为42 mm×42 mm,无需额外的解耦结构便能实现高隔离度。仿真和测试结果表明,四端口MIMO天线工作范围为5.72～12.25 GHz (相对带宽72.68%),天线单元之间的隔离度均优于20 dB,包络相关系数(ECC)<0.05,分集增益(DG)>9.99 dB,无限接近10 dB,满足设计要求。该天线兼具宽频带与高辐射效率特性,可广泛应用于Wi-Fi 7、X波段等通信场景。
微型光学光谱仪及成像光谱仪研究进展
吕金光;梁静秋;赵百轩;陈宇鹏;聂海涛;赵莹泽;郑凯丰;王维彪;秦余欣;吴娜;刘钰;光学光谱仪是科学研究与工业过程中广泛使用的分析与表征仪器。尽管实验室台式光谱仪可以提供更宽光谱范围和更高光谱分辨率的光谱分析能力,但微型光学光谱仪对于复杂环境及受限空间的便携式现场原位测量至关重要。自二十一世纪以来,微型光学光谱仪得到了迅猛的发展,新原理、新技术、新方法、新器件、新工艺及新材料的不断涌现与突破,尤其是微型计算光谱仪的出现,推动了光学光谱仪体积、质量的突破式微缩与性能指标的跨域式提升。并进一步通过微型光谱仪的像素级空间阵列化分布,将光谱与成像功能进行集成,实现系统探测功能维度的提升。
氨基磺酸铵添加剂对锡基钙钛矿太阳能电池的影响
许杨坤;陈国立;钟柳文;周建华;朱艳青;徐刚;针对锡基钙钛矿太阳能电池中Sn2+易氧化、缺陷密度高导致开路电压亏损等问题,以FA0.75 MA0.25 SnI2.75Br0.25为吸收层,并引入含—SO3~-以及—NH2官能团的氨基磺酸铵(AS)作为前驱体添加剂,采用溶液法制备了高质量锡基钙钛矿薄膜及器件。结构表征和光电测试结果表明,AS可通过与Sn2+配位,抑制Sn2+氧化,降低成核密度并减缓结晶速率,使薄膜晶粒尺寸增大且致密性和结晶性明显改善,陷阱态密度和非辐射复合损耗显著降低,从而加快载流子传输与收集。在最优AS掺杂质量浓度下,器件的开路电压提升至0.69 V,光电转换效率从对照器件的8.85%提高到10.46%。本研究为无铅钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升提供了有益思路。
基于PtSe2/MoS2异质结的光电探测器性能研究
刘越;王彬;杨强;刘润茹;王丽丽;二维材料在光电探测领域展现出巨大潜力。制备了3PtSe2/MoS2异质结光电探测器,器件具有较低的暗电流和高约10的电流整流比。得益于异质结的低暗电流特性及有效载流子分离效应,器件在-3 V偏压、波长532 nm激光照射下的响应度和探测率分别达到276.5 A/W和2.66×1014 Jones。同时,器件具有自供电的光电响应,在0 V偏压、532 nm激光照射下,器件的响应度和探测率分别达到0.26 A/W和2.36×1011Jones。并且,器件展示出从可见光至近红外宽光谱范围内的光电探测能力,器件的响应(上升/下降)时间约为34.1/20.7 ms。所制备的PtSe2/MoS2异质结器件在宽光谱探测领域具有较大的应用潜力。
高功率固体激光器散热技术综述
温嘉兴;焦斌斌;孔延梅;刘瑞文;高功率固体激光器的散热可以视为由内部导热、界面传热与末端冷却串联耦合构成的热流通道。在不同平均输出功率水平下,该通道的主导瓶颈会在末端冷却换热极限、界面热阻与热点扩散能力之间迁移,从而决定可实现的功率上限与长期稳定性。在三阶段散热框架基础上,引入功率-年代演进的工程选型视角。按百瓦级、千瓦级、十千瓦级及更高功率段梳理典型散热组合(热扩散层/封装界面/冷却结构)及其工程边界,并在金属基与碳基热扩散、低界面热阻连接与高热流冷却(宏通道液冷、微通道/射流强化液冷与可控两相液冷)三个层面总结能力差距与极限。本研究旨在为面向更高平均功率固体激光器的散热路线图与系统集成提供可对照的设计依据。