1 1.东华大学 1. 材料科学与工程学院, 纤维改性国家重点实验室
2 2.功能材料研究中心, 上海 201620
热电材料能够实现热能与电能之间直接转换, 在绿色制冷、废热回收等领域具有广阔的应用前景。目前, 对热电材料的研究主要集中在无机半导体材料和导电高分子材料上, 虽然取得了很大进展, 但探索其它新型热电材料仍具有重要意义。金属-有机框架(Metal-Organic frameworks, MOFs)是一种由有机配体和金属离子或团簇通过配位键形成的晶态多孔材料, 具有独特的多孔结构以及组分结构可调等优势, 在一定程度上可以满足“电子晶体-声子玻璃”的要求。本研究采用导电客体分子促进电荷传输的策略, 将导电高分子聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)原位聚合到锆基MOFs材料UiO-67中, 利用MOFs的有序孔道对PEDOT分子链的限域作用, 提升复合材料的电子传导能力。制备得到的PEDOT/UiO-67的电学性能研究表明, 该复合材料室温电导率最高可达5.96×10−3 S·cm−1, 比PEDOT高出1个数量级。同时, 该材料具有热电性能响应, 室温功率因子(Power Factor, PF)最高可达3.67×10−2 nW·m−1·K−2。本工作以MOF的有序孔道为反应平台, 通过简单的原位聚合合成方法构建了导电聚合物/ MOFs导电材料, 为进一步开发MOFs基热电材料提供了参考。
金属-有机框架 聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT) 电子传输 热电性能 metal-organic framework poly(3,4-ethyldioxythiophene) electrical conductivity thermoelectric property
1 1.中国科学院上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
AlN-SiC复相陶瓷力学性能好、导热性与抗高温氧化性能优异, 作为纤维增强陶瓷基复合材料的基体材料具有良好的应用前景。本研究以Si-Al合金为熔渗介质, 多孔C-Si3N4为熔渗预制体, 对低温反应熔渗制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能展开研究。研究发现Si-Al合金形态对反应熔渗过程存在着重要的影响: 以Si-Al合金粉末作为熔渗介质时, 反应熔渗过程中在Si-Al/C-Si3N4界面处将原位形成一层致密的Al-O阻挡层, 从而严重阻碍Si-Al熔体向C-Si3N4预制体内部的渗透, 使反应熔渗过程难以进行；以Si-Al合金锭作为熔渗介质时, Si-Al熔体可以深入渗透到多孔C-Si3N4预制体内部, 并通过进一步反应, 原位形成致密的AlN-SiC复相陶瓷。材料性能测试表明, 所得材料的力学和热学性能与其内部残余硅含量关系密切。随着残余硅含量降低, 材料强度明显提升, 而热导率有所下降。含质量分数4%残余硅的AlN-SiC复相陶瓷, 抗弯强度达到320.1 MPa, 热导率达26.3 W·m-1·K-1, 材料的强度几乎与传统反应烧结SiC陶瓷相当, 并深入探讨了出现上述现象的本质原因。本研究对低温熔渗工艺制备SiCf/AlN-SiC复合材料具有重要的指导意义。
反应熔渗(RMI) AlN-SiC 机械性能 热导率 reactive melt infiltration (RMI) AlN-SiC mechanical property thermal conductivity
1 1.中国科学院 理化技术研究所, 低温重点实验室, 北京 100190
2 2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
随着以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体的崛起, 电力电子器件向高输出功率和高功率密度的方向快速发展, 对用于功率模块封装的陶瓷基板材料提出更高的性能要求。传统的Al2O3和AlN陶瓷由于热导率较低或力学性能较差, 均不能满足新一代功率模块封装的应用需求, 相较之下, 新发展的Si3N4陶瓷因兼具高强度和高热导率, 成为最具潜力的绝缘性散热基板材料。近年来, 研究人员通过筛选有效的烧结助剂体系, 并对烧结工艺进行优化, 在制备高强度高热导率Si3N4陶瓷方面取得一系列突破性进展。另外, 伴随覆铜Si3N4陶瓷基板工程应用的推进, 对其制成的基板的力、热和电学性能的评价也成为研究热点。本文从影响Si3N4陶瓷热导率的关键因素出发, 重点对通过烧结助剂的选择和烧结工艺的改进来提高Si3N4陶瓷热导率的国内外工作进行综述。此外, 首次系统总结并介绍了Si3N4陶瓷基板的介电击穿强度以及覆铜后性能评价研究的最新进展, 最后展望了高热导率Si3N4陶瓷基板的未来发展方向。
氮化硅 热导率 力学性能 烧结助剂 烧结工艺 综述 silicon nitride thermal conductivity mechanical property sintering additives sintering processes review
1 三峡大学石墨增材制造技术与装备湖北省工程研究中心，湖北 宜昌 443002
2 三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002
传统成型工艺制备的导电复合材料内部导电通路分布不可控，且难以实现复合材料的电学与力学性能的匹配。利用选择性激光烧结技术快速制备了类金刚石结构石墨骨架素坯，并经过二次固化、真空压力浸渍酚醛树脂溶液以及高温碳化等后处理工艺改善石墨骨架电学以及力学性能，并将环氧树脂与之“复合”，制备了石墨/环氧树脂复合导电材料。通过正交试验，研究了石墨骨架结构特征参数对导电复合材料的电导率和抗弯强度的影响。研究结果表明：键半径R为决定复合材料电导率的主要因素，但对于其抗弯强度为较次要因素；键长L对复合材料的电导率和抗弯强度皆为较主要因素；当键长为6 mm、键半径为1.4 mm、键角为120°时，可获得力学性能和导电性能相协同的新型导电复合材料。
选择性激光烧结 导电复合材料 正交试验 电导率 抗弯强度 selective laser sintering conductive composity orthogonal test electrical conductivity bending strength
西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055
Y掺杂的BaZrO3因其优异的化学稳定性而被广泛研究。然而，较高的烧结温度限制了其应用。为改善BaZrO3的烧结活性，对Y-BaZrO3采用Pr3+和Ni2+进行共掺杂，并对其微观形貌及电化学性能进行研究。Ni与材料形成固溶体，Pr3+的掺杂增大了晶粒尺寸，这对致密化过程极为重要。XPS、Raman和EPR结果表明，少量Pr3+掺杂可以增加材料的氧空位含量，并通过加速水的解离和吸附促进质子进入，从而促进质子传导。然而，过量Pr3+掺杂导致的高浓度氧空位会产生缺陷缔合反应，使低温下的电导率略有下降。随着温度的升高，氢分离膜的氢渗透性也增加。此外，BaZr0.66Y0.2Pr0.1Ni0.04O3-δ的氢渗透性高于BaZr0.71Y0.2Pr0.05Ni0.04O3-δ，在1 173 K时，氢渗透性达到2.60×10-8 mol·cm-2·s-1。
氧空位 质子电导率 氢分离膜 oxygen vacancy proton conductivity hydrogen separation membrane
1 1.东华大学 材料科学与工程学院, 纤维材料改性国家重点实验室, 上海 201620
2 2.东华大学 功能材料研究中心, 上海 201620
n型AgBiSe2基化合物的晶格热导率低, 是一种很有潜力的高性能热电材料。然而, 本征AgBiSe2化合物在300~700 K之间存在两次相变, 使其应用受限。因此, 获得具有稳定结构的AgBiSe2基化合物, 并优化热电性能至关重要。本研究选择无铅的IV-VI族化合物SnTe与AgBiSe2进行合金化, 制备了(AgBiSe2)1-x(SnTe)x (x=0.10~0.30)化合物。引入SnTe降低了AgBiSe2立方相的相变温度, 还有效抑制其发生可逆相变, 得到了稳定的立方相(AgBiSe2)0.75(SnTe)0.25材料。SnTe引起晶格中原子高度无序分布, 导致室温下晶格热导率从0.76 W·m-1·K-1(x=0.10)降低到0.51 W·m-1·K-1(x=0.30)。进一步Ag位掺杂Nb元素, 可以提升载流子浓度, 增加该体系((Ag1-yNbyBiSe2)0.75(SnTe)0.25化合物)的有效质量, 大幅度提升电性能。室温下电导率由77.7 S·cm-1(基体)增大到158.1 S·cm-1 (y=0.02)。同时, 材料中的杂质点缺陷也逐步增加, 高温下缺陷散射进一步降低晶格热导率。在700 K时, 晶格热导率由0.56 W·m-1·K-1(未掺杂)降低至0.43 W·m-1·K-1 (y=0.04), 最终获得了立方相结构稳定的(Ag0.98Nb0.02BiSe2)0.75(SnTe)0.25材料, 650 K的ZT达到0.32。上述研究结果表明, (AgBiSe2)0.75(SnTe)0.25化合物是一种具有低晶格热导率和稳定立方相结构的n型热电材料。本研究为高性能相变热电材料的晶体结构调控提出了新解决方案, 有助于进一步推动其应用发展。
AgBiSe2基化合物 晶格热导率 立方相 AgBiSe2-based compound lattice thermal conductivity cubic structure
南京邮电大学 集成电路科学与工程学院， 南京 210023
为满足小尺寸器件的ESD防护需求，基于Fin技术，提出了一种具有寄生SCR的STI双Fin结构。通过采用双Fin布局和深掺杂技术，减小了器件的基区宽度，避免了Fin技术中由弱电导调制导致的SCR无法开启的现象。仿真结果表明，相比于DFSD结构，新结构失效电流It2/Wlayout从21.67 mA/μm增加到28.33 mA/μm；触发电压Vt1从14.08 V减小到9.64 V。在ESD来临时，新结构能够实现有效的开启，泄放大电流。
鳍式场效应晶体管 电导调制 深掺杂 静电放电 FinFET conductivity modulation deep doping ESD
1 西安交通大学 电子与信息学部微电子学院, 西安市微纳电子与系统集成重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安微电子技术研究所, 陕西 西安 710075
该文基于FDTD数值仿真法研究了电导率对ZnO体声波谐振器谐振频率的影响规律, 为体声波声放大器、可调滤波器及探测器的优化设计提供指导。电导率的影响通过连续性方程引入, 为了提高仿真精度, 连续性方程采用四阶Adams-Bashforth差分格式。仿真结果表明, 电导率在1~30 mS/m时, 对谐振器谐振频率具有显著的调制效果。
体声波谐振器 压电半导体 电导率调制 数值仿真 bulk acoustic wave resonator piezoelectric semiconductor conductivity modulation numerical simulation ZnO ZnO
1 北方民族大学材料科学与工程学院, 银川 750021
2 碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心, 银川 750021
3 南昌航空大学航空制造工程学院, 南昌 330000
采用冰模板法构筑具有层状结构的Al2O3三维网络骨架, 并通过真空浸渍工艺制备出Al2O3/环氧树脂(EP)复合材料。研究了楔形硅橡胶角度、浆料固相含量、冷冻温度对层状Al2O3三维网络骨架微观结构的影响, 分析了片层间距对Al2O3/EP复合材料导热、介电和绝缘性能的影响。结果表明: 楔形硅橡胶角度为10°和15°时Al2O3三维网络骨架的层状有序性最佳, 固相含量的增加和冷冻温度的降低均会使片层间距减小; Al2O3/EP复合材料的热导率和介电常数随着片层间距的减小而增大, 但体积电阻率呈降低趋势; 当片层间距为45 μm时, 热导率达到0.52 W/(m·K), 体积电阻率为1012 Ω·cm。
Al2O3三维网络骨架 Al2O3/EP复合材料 冰模板法 热导率 介电常数 体积电阻率 Al2O3 3D network skeleton Al2O3/EP composite ice template method thermal conductivity dielectric constant volume resistivity
