薄膜流研究进展

薄膜流研究进展

班级：机械工程专硕1班

学号：6160805020

姓名：程帅

摘要：液体在重力作用下以薄层形式沿壁面向下流动，称为液体薄膜流。它具有小流量、小温差、高传热传质系数、高热流密度、结构简单、动力消耗小等独特优点，己作为一项高效传热传质技术在化工、能源、航天、石油、制冷、电子等许多工业领域得到了广泛应用。本文介绍了非牛顿流体层流降膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机。正是由于实际应用的重要性和迫切性，在液体薄膜流的水动力过程和传热传质特性力一面，近几十年来开展了大量的深入研究。本文通过全面阐述液体薄膜流动和传热特性的研究现状，分析目前研究中存在的问题与不足，为未来研究提供借鉴。

关键词：液体薄膜流、非牛顿流薄膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机

1.液体薄膜流表面特征

对于液膜沿倾斜壁或垂直管壁向下流动的情形，从实验上观察到三种不同的流动状态:当Re=4T/v<20~30 (T为单位湿周的体积流率，v为流体的运动粘度)，流动为层流，膜表面呈平滑状态且膜厚为常数;当2001000~2000，流动呈波动性剧烈的紊流。

在工业应用的雷诺数范围内，降膜呈现出非常不规则的波动表面。对于波峰高度是底层厚度两倍以上，且其周围存在至少一个波长长度的平坦部分的波，称之为孤立波，如图1所示。它起始于粘性底层，具有陡峭的波前和相对平缓的波后，在波后逐渐没入粘性底层。对于波幅是其底层厚度2}5倍的大波，其携带着大部分流动质量，对波内、波与壁面、波与外界的传热传质速率，起着明显的控制作用。一般说来，界面处的波动会在膜内、特别是

在接近界面处将产生良好的混合。实验测量表明，紊流对动量传递的影响与波动的影响相比要小一些。

(a)波峰高度/底层厚度=2.8 (b)波峰高度/底层厚度=3.68

图1不同波峰高度/底层厚度比下的流动特性，R=600

大多数模拟结果显示:在孤立波内存在与主流方向相反的回流区，而在其周围的微波内不存在回流区(图1)。回流区的存在，加快了界面处和膜内冷热流体的混合，在一定程度上加强了传热效果，而且，液体表面波的存在，尤其是大孤立波，可有效地喇氏平均液膜厚度，.这些特征可以从理论上解释在波动膜状态下具有强传热传质速率的机理。

2、非牛顿流薄膜流

2.1非牛顿流体层流降膜流

非牛顿流体层流降膜流中质量传递过程.实验系采用温壁塔测定二氧化碳在高分子水溶液中吸收速率。这些溶液符合幂律模型.实验证明非牛顿幂律流体降膜流中考虑速度分布的微分方程精确解是正确的;对拟塑性流体,用无因次长度Z<0.1作为渗透论适用范围的判据是合适的，而精确解则不受此范围的限制。

首先，理论研究方面，液膜表面波动具有三维特征，在传热特性的理论研究中，通常假设液膜为二维流动，且表面无波动和界面切应力保持不变，这与实际的三维波动液膜表面和沿流动方向不断减小的切应力存在一定的差距;而且，影响传热特性的因素种类繁多，如何从理论上进一步完善物理模型有待探讨。其次，实验研究方面，目前所得液膜厚度和传热特性实验关联式间相差较大，实验数据相对缺乏，建立合理的简化的物理模型或寻求适合工程应用的实验关联式，这也值得进一步深入研究。

2.2流延带的材料

最早用以制造流延带的材料是纯铜。纯铜有良好的延展性，有利于加工成无端带;铜带在使用过程中的变形可用辊压法展平。因纯铜对一般成膜溶液不具有良好的化学稳定性，同时铜带表面的光洁度和平面度不够高，不适于直接在其表面上流延薄膜，而需先在其表面上流延一定厚度的镜面层，在此镜面层上再流延薄膜。镜面层只能使用一定的期限，这样就增加了生产过程的复杂性，又降低了设备的生产能力。虽然如此，由于镜面层的质量改进和用期的延长，仍可见到使用铜带的报道。

目前广泛使用的流延带是不锈钢无端带。薄膜和塑料工业的发展要求提高流延带的物理和化学性能。用以制造流延带的不锈钢材应有高的机械强度和硬度(抗拉强度9 (Y一100kg/mm2，表面硬度Hd300^-320)，以保证在正常操作张力下不产生变形并且有高的抗擦伤能力;应能易于加工，使之达到镜面光洁度;同时对于成膜溶液应有高度的稳定性。18/8型不锈钢的某些品种(例如AISI304冷轧带材)可以满足这些要求。经过特殊机械加工制成的不锈钢流延带，可达到高度的厚度均一性和获得峰到谷的平均高度值小于0.1微米的镜面。因此，可以直接在这样的带的表面上流延薄膜。国外还制造纯镍带。镍具有高的腐蚀抵抗力，亦不需要中间层，物料可直接在其表面上流延。

牛顿型流体薄膜流中的物质传递与热传递在吸收器、蒸馏塔、薄膜反应器、蒸发器以及吸收式致冷机中的广泛应用，已为人们所熟知。近年来发现，非牛顿流体薄膜流中的传质和反应对于高分子加工、发酵液、生物制药等领域，其潜在的应用也十分广泛。特别是扩散系数的测定，由于非牛顿流体只有在其流动受剪的情况下才显示其特性，所以，一般的非流动情况下扩散系数的测定技术似乎难以利用。因此，对非牛顿薄膜流中的传质和传热加以研究就显得十分必要。

3.薄膜流的应用

新型薄膜覆盖材料的研究和开发是我国设施农业的重要研究方向。根据我国的国情,为满足市场需求,本文在国内首次提出采用日产的明净华涂层薄膜作为我国设施农业的保温覆盖材料。基于材料本身多方面优异性能,研究其在国内设施农业方面的应用前景。通过对新型薄膜覆盖材料的性能分析及其应用效果的研究，在理论和实践两方面加以验证。理论上推论出其具有良好的保温效果,并在后面的应用效果中得到证实。在应用效果上,只对棚内种植番茄

的叶数、株高、茎粗、产量、果实等进行了测试和比较分析,作物生长受到光照、温度、水分、肥料、空气等影响。实验在尽量保持温、光、水、肥等基本一致的条件下对作物生长进行对比,在作物的生长阶段里可以较明显的看出日产的明净华涂层膜下的作物长势好、产量高、品质好等华盾棚膜次之。总之，日产的明净华涂层膜在环境特性、光学特性及应用效果等各方面都具有较好的性能,基本上满足市场的需求，为解决目前我国设施农业存在的问题提出一种新的解决方法。

薄膜流涎机是生产包装薄膜的主要生产设备。随着国民经济的高速发展，人们对包装薄膜的需求越来越旺盛,要求也越来越高，这就促使薄膜流涎机生产企业必须高效、高质量地开发、生产符合客户要求的薄膜流涎机。薄膜流涎机模块化参数化设计技术研究,就是利用当前最先进的模块化设计技术并结合参数化CAD设计技术解决薄膜流涎机快速开发设计的问题,提高企业竞争力。现如今的设计，首先对薄膜流涎机模块化参数化设计进行了需求分析,在此基础上,制定了适合薄膜流涎机模块化参数化设计系统的总体方案,并搭建了薄膜流涎机模块化参数化设计系统的框架；然后根据模块化设计的基本原则和方法,并结合薄膜流涎机的功能以及自身结构特点,建立了以固定模块、通用模块和一般模块为基本单元模块,以功能模块为高级单元模块的层次分明的模块结构体系,建立了基本的三维模块库；根据薄膜流涎机自身零部件设计的要求和特点,提出了适合其零部件的参数化设计方法,并以薄膜流涎机收卷机为例,详细介绍了收卷机中各个零部件的参数化设计计算流程,完成了收卷机的参数化设计计算；最后以Visual Basic为二次开发工具,利用SolidWorks的二次开发技术并结合Access数据库,开发出了薄膜流涎机收卷机参数化设计系统。经实例运行可知,此系统可以快速实现收卷机的三维建模,提高设计效率,有较强的实际应用价值。

4.薄膜流国外研究现状

A new approximate analytical technique to address for non-linear problems, namely Optimal Homotopy Asymptotic Method (OHAM) is proposed and has been applied to thin film flow of a fourth grade fluid down a vertical cylinder. This approach however, does not depend upon any small/large parameters in comparison to other perturbation method. This method provides a convenient way to control the convergence of approximation series and allows adjustment of convergence regions where necessary. The series solution has been developed and the recurrence relations are given explicitly. The results reveal that the proposed method is very accurate, effective and easy to use. the unsteady thin film flow of a fourth grade fluid over a moving and oscillating vertical belt. The problem is modeled in terms of non-nonlinear partial differential equations with some physical conditions. Both problems of lift and drainage are studied. Two different techniques namely the adomian decomposition method (ADM) and the optimal homotopy asymptotic method (OHAM) are used for finding the analytical solutions. These solutions are compared and found in excellent agreement. For the physical analysis of the problem, graphical results are provided and discussed for various embedded flow parameters.

The thermally activated flux flow effect has been studied in epitaxial FeSe 0.6 Te 0.4 thin film grown by a PLD method through the electrical resistivity measurement under various magnetic fields for B //c and B //ab. The results showed that the thermally activated flux flow effect is well described by the nonlinear temperature-dependent activation energy. The evaluated apparent activation energy U 0 ( B ) is one order larger than the reported results and showed the double-linearity in both magnetic field directions. Furthermore, the FeSe 0.6 Te 0.4 thin film shows the anisotropy of 5.6 near T c and 2D-like superconducting behavior in thermally activated

flux flow region. In addition, the vortex glass transition and the temperature dependence of the high critical fields were determined.

We report the design methodology of thin film capacitor (TFC) device using thermal evaporation technique for quality study or material differentiation application by testing with liquid (different concentration) and solid. A simple and special modification was incorporated in thermal evaporation setup for depositing semi cylindrical capacitor design on a capillary tube (CT). In order to avoid the disturbance due to electrostatic noise disturbance, TFC was covered with another glass tube, aluminum (Al) metal foil (as shield) and finally by plastic tube cover. Electrodes were taken from the film using silvers paste and connected as input to the LCR-Z meter. The capacitance value of the thin film was varied up to 15-16 pF from the initial value (Al: 129 pF, Cu: 130 pF) when subjected to the static flow. A low cost embedded micro controller module with Liquid Crystal Display (LCD) was developed for the real time testing of TFC.

We present results of a numerical study of turbulent droplet-laden channel flow with phase transition. Previous studies of the same system did not take into account the presence of gravity. Here, we do so introducing a thin film of water at the bottom wall and permitting droplets to fall into and merge with it. We treat the carrier phase with the Eulerian approach. Each droplet is considered separately in the Lagrangian formulation, adopting the point-particle approximation. We maintain the film thickness constant by draining water from the bottom wall to compensate for (a) the droplets that fall onto the film and (b) evaporation/condensation. We also maintain on average the total mass of water in the channel by inserting new droplets at the top wall to compensate for the water that has been drained from the bottom wall. We analyze the behavior of the statistically averaged gas and droplet quantities focusing on the heat exchange between the two phases. We increase (a) the initial droplet diameter keeping the same initial droplet volume fraction and (b) the initial number of droplets in the channel keeping their diameter the same. In both parameter studies we find that droplets grow less than in the reference case. In case (a) this is explained by the larger velocity with which they travel to the bottom wall and in case (b) by the lower rate of condensation of vapor due to the presence of neighboring droplets.And we presents an investigation for unsteady MHD flow and radiation heat transfer of a nanofluid in a finite thin film over stretching surface in which the effects of heat generation, thermophoresis and Brownian motion are taken into account. Boundary layer governing differential equations are formulated and reduced into a set of ordinary differential equations by suitable similarity transformations. Solutions are obtained numerically and some interesting results are found. Results show that the film thickness decreases monotonically with unsteady parameter and the magnetic parameter increase but increases with the power law index number m . The temperature profile decreases while the nanoparticle volume fraction increases as the thermophoresis parameter increases. More effects of involved parameters on velocity, temperature and concentration fields are graphically presented and analyzed in detail.

Electrophoretic deposition (EPD) of colloidal nanocrystals (NCs) under flow is explored as a general method for the fabrication of semiconducting thin films. For photovoltaic applications, a low process voltage is highly desirable to avoid damaging the accreting semiconductor. Here we report a continuous flow reactor design that can operate at reduced voltage compared to a traditional batch reactor while preserving the electrophoretic velocity of the NCs by utilizing

narrow electrode spacing. In a batch reactor, the low ratio of reactor volume to electrode surface area dictated by such a narrow spacing of the electrodes would impose a limit on the mass of nanocrystals that are resident in the reactor and therefore the thickness of the films that can be deposited. By continuously flowing the colloidal dispersion of NCs this limitation is obviated and thick films can be deposited. Through modeling and experiment we demonstrate the process parameters necessary to completely utilize the NCs in the feed solution, thereby achieving nearly 100% atom economy in the deposition process. The reactor design is compatible with large area substrates and is specifically designed to enable continuous, high-rate fabrication of the active layer of photovoltaic cells.

The approach to calculating a new form of the exact analytic solution of thin film fluid flows rests upon a sequence of transformations including the modification of the classic technique due to Scipione del Ferro and Niccolò Fontana Tartaglia. Next the authors establish a lemma that justifies the new expression of the exact analytic solution for thin film fluid flows of fourth-grade fluids. Second, the authors apply a modification of the systematic ADM to quickly and easily calculate the sequence of analytic approximate solutions for this strongly nonlinear model of thin film flow of fourth-grade fluids. The ADM has been previously demonstrated to be eminently practical with widespread applicability to frontier problems arising in scientific and engineering applications. Herein, the authors seek to establish the relative merits of the ADM in the context of the thin film flows of fourth-grade fluids.;The ADM is shown to closely agree with the new expression of the exact analytic solution. The authors have calculated the error remainder functions and the maximal error remainder parameters in the error analysis to corroborate the solutions. The error analysis demonstrates the rapid rate of convergence and that we can approximate the exact solution as closely as we please; furthermore the rate of convergence is shown to be approximately exponential, and thus only a low-stage approximation will be adequate for engineering simulations as previously documented in the literature.;This paper presents an accurate work for solving thin film flows of fourth-grade fluids. The authors have compared the approximate analytic solutions by the ADM with the new expression of the exact analytic solution for this strongly nonlinear model. The authors commend this technique for more complex thin film fluid flow models.

Evaporation in a thin film induces pronounced temperature gradient and surface tension gradient along the liquid-vapor interface and in turn engenders thermocapillary flow. This study aims to investigate the fluid flow characteristics attributed to the thermocapillarity in an evaporating thin liquid film of polar and nonpolar liquids. A numerical steady-flow model is derived based on the fundamental principles of fluid flow and heat transfer by applying the long-wave evolution technique. To scrutinize the underlying physical transport phenomena associated with the significance of thermocapillary effect in an evaporating thin liquid film, we investigate the hydrodynamic characteristics of thermocapillary convection which is typically characterized by the recirculation flow patterns. The two-dimensional recirculation flow patterns in different excess-temperature regimes are analyzed and a critical turning point at where the flow is reversed due to the thermocapillary action can be identified. Compared to other working fluids, water depicts a unique thermocapillary flow characteristic where its flow lines manifests in the form of swirls along the liquid-vapor interface. The normal and the shear stress distributions further provide a clearer picture on the strength of thermocapillarity to identify the manifestation of thermocapillary flow. The analysis of flow patterns and hydrodynamic behaviors of evaporating

thin liquid films provide essential insights in discerning the occurrence of thermocapillary flow as well as the significance of thermocapillarity in polar and nonpolar liquids.

The purpose of this paper is to study the thin film flow of a fourth grade fluid subject to slip conditions in order to understand its velocity profile. Design/methodology/approach。An exact expression for flow velocity is derived in terms of hyperbolic sine functions. The practical usage of the exact flow velocity is restrictive as it involves very complicated integrals. Therefore, an approximate solution is also derived using a Galerkin finite element method and numerical error analysis is performed. Findings –The behavior of fluid velocity with respect to various flow parameters is discussed. The results are not restrictive to small values of flow parameters unlike those obtained earlier using homotopy analysis method and homotopy perturbation method. Originality/value – An approximate solution based on finite element technique is derived.

总结

液体薄膜流以其高传热传质系数、结构简单且动力消耗小等独特优点，已作为一项高效传热传质技术在传统工业和高新技术领域中得到了广泛的应用。现已成为国际传热传质科学与工程界的一个十分活跃的研究领域，其潜在的技术应用领域将非常广泛。而且，近年来，利用液体薄膜流的特性来解决高技术领域中遇到的高热流密度下的强化换热问题，越来越引起人们的关注，这方面的实例有:大规模集成电路的薄膜冷却、第二代核电站安全壳的薄膜蒸发冷却方案、液滴辐射器以及新型太阳能集热器、液膜除尘器等。显然，要充分发挥液体薄膜强化传热传质的优势，一个至关重要的问题就是要弄清其内在的流动过程和传热传质机理，维持薄膜流动稳定，使之均匀地包覆在传热表面；否则一旦液体薄膜发生破断，传热表面出现干斑或干区，那么就会引发各种各样的严重后果，诸如热敏性物料变味变质、非热敏性物料结焦、以至堵塞传热管，而在有些情况下，传热表面就会因干区温度急剧上升而过热或烧毁。本文对非牛顿薄膜流中物质与热能传递的规律性，寻求其浓度分布表达式以及局部和平均Sh数的理论值，然后再与实验数据相互对照、并介绍了薄膜流在工业上的应用，目前己取得了大量的研究成果，并得到了广泛的工业应用。但在有些方面，所得的认识规律尚不统一，因此仍需深入研究。

参考文献

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薄膜材料的应用与发展

薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。

旋涂法制备功能薄膜的研究进展

旋涂法制备功能薄膜的研究进展 摘要：作为众多的薄膜制备方法之一，旋涂法具备薄膜厚度精确可控、高性价比、节能、低污染等优势，在微电子技术、纳米光子学、生物学、医学等领域中有着广阔的应用前景． 功能薄膜是发展信息技术、生物技术、能源技术等领域和国防建设的重要表面材料和器件，关系到资源、环境及社会的可持续发展．旋涂法制备的薄膜厚度在30nm一2000nm之间精确可控，其设备结构简单且易于操作，具备优良的性价比．现已广泛应用于微电子行业的光刻图案化( Lithographic patterning process ) 、印刷电路(Printed circuit)和集成电路(Integrated circuit)的制造，以及光储存媒体介质( DVD- R、CD- R等)的感光胶( P h o t o r e s i s t ) 、染料( Dye ) 、粘合剂、物理保护层等聚合物薄膜的涂覆．旋涂法在其它许多新型领域也有一定的应用，如薄膜晶体管、光子晶体材料、光波导、有机发光二极管薄膜、光电转换薄膜电极以及生物/化学功能膜等薄膜类器件的制备．旋涂法涉及到许多物理化学过程，如流体流动、润湿、挥发、粘滞、分散、浓缩等．在研究这些过程时，流体力学传质、传热、传动的原理是非常重要的．其中，需要考虑的参数主要包括薄膜的结构、厚度、面积等性能参数以及转速、粘度、挥发速率等操作参数[1,2,3]。 1、旋涂法原理 旋涂法因其所用流体粘度较大，呈胶体状，所以也被称为匀胶。一个典型的旋涂过程主要分为滴胶、高速旋转和干燥( 溶剂挥发) 三个步骤．首先，滴胶是将旋涂液滴注到基片表面上，然后经高速旋转将其铺展到基片上形成均匀薄膜，再通过干燥除去剩余的溶剂，最后得到性能稳定的薄膜．对于各种粘度、润湿性不同的旋涂液，通常使用的滴胶方法有两种，即静态滴胶和动态滴胶[4]，旋涂法中的高速旋转和干燥是控制薄膜厚度、结构等性能的关键步骤，因此这两个阶段中工艺参数的影响成为研究的重点[5]．

InGaZnO靶材和薄膜的研究进展

Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2019, 9(3), 203-209 Published Online May 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/289915204.html,/journal/hjcet https://https://www.wendangku.net/doc/289915204.html,/10.12677/hjcet.2019.93030 Research Progress of InGaZnO Target and Thin Film Yingdong Lu1, Shicheng Huang1, YingXiang Liang1, Man Mo2, Zhijie Fang2* 1Guangxi Crystal Union Photoelectric Materials Co. Ltd., Liuzhou Guangxi 2College of Science, Guangxi University of Science and technology, Liuzhou Guangxi Received: Apr. 24th, 2019; accepted: May 9th, 2019; published: May 16th, 2019 Abstract The possible technical obstacles in the promotion and application of In-Ga-Zn-O (IGZO) materials were analyzed, including composition analysis of IGZO, technical analysis of IGZO target material preparation, stability analysis of IGZO-TFT, etc. The photoelectric performance of IGZO can be ad-justed by adjusting the proportion of oxide in IGZO. When using the sintering temperature of 1400?C above, we can get IGZO target with high density and uniform composition; the stability of a-IGZO TFT can be improved by adding shading layer, protective layer, adopting double gate structure, designing compensation circuit and other measures. Keywords IGZO TFT, IGZO Target, Stability, Component InGaZnO靶材和薄膜的研究进展 陆映东1，黄誓成1，梁盈祥1，莫曼2，方志杰2* 1广西晶联光电材料有限责任公司，广西柳州 2广西科技大学理学院，广西柳州 收稿日期：2019年4月24日；录用日期：2019年5月9日；发布日期：2019年5月16日 摘要 对In-Ga-Zn-O (IGZO)材料推广应用过程中可能的技术阻碍进行了分析，包括IGZO的成分分析、IGZO靶材制备技术分析、IGZO-TFT (IGZO薄膜晶体管)稳定性分析等。通过调节IGZO中氧化物的成分比例，可

锂离子电池研究现状

锂硫电池的研究现状 近年来，随着不可再生资源的逐渐减少，清洁能源的利用逐渐得到重视，而电池作为储能装置也受到越来越多的考验。锂硫电池与传统的锂离子电池相比，优势主要在于硫的高比容量，单质硫的理论比容量为1600mAh/g ，理论比能量2600Wh/kg。并且硫是一种廉价且无毒的原材料。而与此同时，硫作为锂电池的正极材料也存在着诸多问题[1]： 1、单质硫以及最终放电产物都是绝缘的，如果与正极中掺入的导电物质结合不好，就会导致活性物质不能参与反应而失效； 2、单质硫在反应过程中会生成长链的聚硫化物离子S n2-，这种离子容易溶解在电解液中，并与锂负极反应，产生“穿梭效应”，引起自放电并使库伦效率降低； 3、在每次放电过程结束之后，都会有一些Li2S2/Li2S沉淀在正极上，并且这些不溶物随着循环次数的增加，在正极表面发生团聚，并且正极结构也会发生变化，导致这部分活性物质不能参与电化学反应而失效，并且使电池的内阻增加； 4、硫正极随充放电的进行会产生约22%的体积变化，从而导致电池物理结构破坏而失效。 针对硫作为正极材料的种种弊端，研究者们分别采用了多种方法予以解决，其中将硫与碳材料复合的研究较多。针对几种典型方法，分别举例介绍如下：一、石墨烯-硫复合材料 Wang等人采用石墨烯包覆硫颗粒的方法制作复合材料电极[2]。如图1所示，他们首先采用化学方法制备了硫单质，并利用一种特殊的表面活性剂Triton X-100在硫颗粒的表面修饰了一些PEG高分子，然后再用导电炭黑和石墨烯的分散液对硫颗粒进行包覆。这种方法的优点在于：首先，石墨烯和导电炭黑具有优异的导电性能，可以克服硫以及硫反应产物绝缘的问题；第二，导电炭黑、石墨烯和PEG高分子对硫颗粒进行了包覆，可以解决硫在电解液中溶出的问题；第三，PEG高分子具有一定的弹性，可以在一定程度上缓解体积变化带来的影响。 二、碳纳米管-硫复合材料 Zheng等人用AAO做模板制备了碳纳米管阵列[3]，随后将硫加热使其浸入到碳纳米管中间，然后将AAO模板去掉，得到碳纳米管-硫复合材料，如图2所示。这种方法的优点在于碳纳米管的比表面积大，有利于硫化锂的沉积。并且长径比较大，可以较好地将硫限制在管内，防止其溶解在电解液中。碳纳米管的导电性好管壁又很薄，有利于离子导通和电子传输。同时，因为制备过程中先沉积硫，后去除模板，这样有利于使硫沉积到碳管内，减少硫在管外的残留，从而防止这部分硫的溶解。

薄膜材料简介

薄膜材料简介 薄膜具有良好的韧性、防潮性和热封性能，使用非常广泛；PVDC薄膜适合包装食品，并能长时间保鲜；而水溶性PV A薄膜不必开封直接投入水中即可使用；PC薄膜无味、无毒，有类似玻璃纸的透明度和光泽，可在高温高压下蒸煮杀菌。本文将主要介绍几种塑料薄膜的性能及其使用。 从商品生产到销售，再到使用，包装件要经过储存、装卸、运输、货架陈列以及在消费者手中存放，这个过程中即可能遇到严寒、酷暑、干燥、潮湿等恶劣的自然气候条件，也要遭受振动、冲击和挤压等各种机械破坏，甚至还有微生物和虫类的侵害。要保证商品的质量，主要依靠包装材料来保护，所以包装材料非常重要。 塑料薄膜是最主要的软包装材料之一，塑料薄膜的种类繁多，特性各异，根据薄膜的不同特性，其用处也不同，下面介绍几种常见的塑料薄膜： 聚乙烯薄膜 PE薄膜使用大量最大的塑料包装薄膜，约占塑料薄膜总耗用量的40%以上。PE薄膜虽然在外观、强度等方面并不十分理想，但它具有良好的韧性、防潮性和热封性能，且加工成型方便，价格便宜，所以使用非常广泛。 1、低密度聚乙烯薄膜。LDPE薄膜主要采用挤出吹塑法和T模法生产的LDPE薄膜是一种柔韧而透明的薄膜，无毒、无嗅，厚度一

般在0.02～0.1?L之间。具有良好的耐水性、防潮性、耐旱性和化学稳定性。大量用于食品、药品、日用品及金属制品的一般防潮包装和冷冻食品的包装。但对于吸湿性大，防潮性要求较高的物品，则需要采用防潮性更好的薄膜和复合薄膜包装。LDPE薄膜的透气率大、无保香性且耐油性差，不能用于易氧化食品、风味食品和含油食品的包装。但透气性好使它能用于水果、蔬菜等新鲜物品的保鲜包装。LDPE 薄膜的热粘合性和低温热封性好，因此常用作复合薄膜的粘合层和热封层等，但由于其耐热性差，故不能用作蒸煮袋的热封层。 2、高密度聚乙烯薄膜。HDPE薄膜是一种韧性的半透明薄膜，其外观为乳白色，表面光泽度较差。HDPE薄膜的抗张强度、防潮性、耐热性、耐油性和化学稳定性均优于LDPE薄膜，也可以热封合，但透明性不如LDPE。HDPE可制成厚度为0.01?L的为薄薄膜，其外观和薄绢纸很相似，手感舒服，又称拟纸膜。它具有良好的强度、韧性和开口性，为增强拟纸感和降低成本，可加入少量的轻质碳酸钙。HDPE拟纸膜主要用于制作各种购物袋、垃圾袋，水果包装袋和各种食品包装袋等。因其气密性差，不具有保香性，因此包装食品的贮藏期不长。另外，HDPE薄膜因耐热性好，可用作蒸煮袋的热封层。 3、线型低密度聚乙烯薄膜。LLDPE薄膜是近来发展的聚乙烯薄膜新品种,和LDPE薄膜相比，LLDPE薄膜具有更高的抗拉、抗冲击强度，乃撕裂强度和耐穿刺性。在和LDPE薄膜具有同等强度和使用性能的情况下，LLDPE薄膜的厚度可减至LDPE薄膜的20～25%，因而使成本大幅度降低。即使用作重包装袋其厚度也只需0.1?L就能

有机薄膜太阳能电池的研究进展

有机薄膜太阳能电池的研究进展 摘要：围绕提高有机薄膜太阳能电池的能量转换效率，从太阳光吸收效率、激子的分解率、载流子的迁移率和电荷向电极的注入效率4个方面综述了国内外的研究进展，并指出了提高转换效率的研究趋势，展望了有机薄膜太阳能电池的美好前景。 关键词：有机薄膜太阳能电池；转换效率 1 前言 近年来，有机薄膜太阳能电池的发展尤其引人注目，德国、日本、韩国和美国在这一领域处于领先地位。相比传统的硅基太阳能电池，有机薄膜太阳能电池以其潜在的低成本、高效率、环境友好、稳定性高的特点，成为最有希望实现民用化光伏的产业，目前的转换效率突破了9%，发展趋势被业界一致看好。 2 有机薄膜太阳能电池的基本原理 图1 有机薄膜太阳能电池的基本原理 当阳光从阳极层（p型有机半导体）照射时，有机分子吸收光产生激子，激子向电子给体和电子受体的界面移动，在界面处通过光诱导解离分解成自由电子和自由空穴，自由电子和自由空穴各自向电极两端迁移，最后注入到两端电极输向外电路。 3 提高转化效率的研究进展 有机薄膜太阳能电池要实现产业化，就需要有较高的转换效率，目前提高转换效率的研究主要集中在以下几方面：

3.1 提高太阳光吸收效率 材料对太阳光的吸收效率越高激子的生成效率就越高。有机材料对太阳光的吸收一般在可见光区，大部分材料对太阳光的吸收利用率不超过40 %，提高材料的吸收光谱与太阳光谱的 匹配性是提高材料对太阳光吸收效率的有效途径。另外，还可以在器件结构中引入具有强吸收特性的材料。利用它们吸收部分太阳能量，再通过激子扩散将其转移给活性材料［1］。 将太阳光吸收特性不同的电池单元层积得到级联电池（又称叠层电池），通过底层电池对顶层电池的补充吸收可以增加对太阳光谱的吸收。张馨芳［2］等人研究了有机无机复合体系本体异质结叠层有机太阳能电池，用ag作为夹层材料来连接上层的本体异质结太阳电池和下层的太阳电池，得到的叠层结构的太阳电池的开路电压是单层有机太阳电池的3.7倍，短路电流是单层有机太阳电池的1.6倍。 3.2 提高激子的分解率 有机薄膜太阳能电池中，光照下产生的激子的库仑力非常大，约为数百mev，生成的激子只有扩散到p型和n型有机半导体接触的界面才能进行有效的分离。而在有机材料中激子的扩散长度一般都小于20 nm，因此p型半导体层不能太厚，唐健敏等人［3］研究了基于ito/cupc/cupc∶c60/alq/al结构的pin有机太阳能电池膜厚对器件性能的影响，发现当器件光吸收层、电子传输层、空穴传输

(完整版)全固态锂电池技术的研究进展与展望

全固态锂电池技术的研究进展与展望 周俊飞 （衢州学院化学与材料工程学院浙江衢州324000） 摘要：现有电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质，易泄露、易腐蚀、服役寿命短，具有安全隐患。薄膜型 全固态锂电池、大容量聚合物全固态锂电池和大容量无机全固态锂电池是一类以非可燃性固体电解质取代传统锂离 子电池中液态电解质，锂离子通过在正负极间嵌入-脱出并与电子发生电荷交换后实现电能与化学能转换的新型高 安全性锂二次电池。作者综述了各种全固态锂电池的研究和开发现状，包括固态锂电池的构造、工作原理和性能特 征，锂离子固体电解质材料与电极/电解质界面调控，固态整电池技术等方面，提出并详细分析了该技术面临的主要 科学与技术问题，最后指出了全固态锂电池技术未来的发展趋势。 关键词：储能；全固态锂离子电池；固体电解质；界面调控 1 全固态锂电池概述 全固态锂二次电池，简称为全固态锂电池，即电池各单元，包括正负极、电解质全部采用固态材料的锂二次电池，是从20 世纪50 年代开始发展起来的[10-12]。全固态锂电池在构造上比传统锂离子电池要简单，固体电解质除了传导锂离子，也充当了隔膜的角色，如图 2 所示，所以，在全固态锂电池中，电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用，大大简化了电池的构建步骤。全固态锂电池的工作原理与液态电解质锂离子电池的原理是相通的，充电时正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固体电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中。放电过程与充电过程恰好相反，此时电子通过外电路驱动电子器件。目前，对于全固态锂二次电池的研究，按电解区分主要包括两大类[13]：一类是以有机聚合物电解质组成的锂离子电池，也称为聚合物全固态锂电池；另一类是以无机固体电解质组成的锂离子电池，又称为无机全固态锂电池，其比较见表1。通过表1 的比较可以清楚地看到，聚合物全固态锂电池的优点是安全性高、能够制备成各种形状、通过卷对卷的方式制备相对容易，但是，该类电池作为大容量化学电源进入储能领域仍有一段距离，主要存在的问题包括电解质和电极的界面不稳定、高分子固体电解质容易结晶、适用温度范围窄以及力学性能有提升空间；以上问题将导致大容量电池在使用过程中因为局部温度升高、界面处化学反应面使聚合物电解质开貌发生变化，进而增大界面电阻甚至导致断路。同时，具有隔膜作用的电解质层的力学性能的下降将引起电池内部发生短路，从面使电池失效[14-15]。无机固体电解质材料具有机械强度高，不含易燃、易挥发成分，不存在漏夜，抗温度性能好等特点；同时，无机材料处理容易实现大规模制备以满足大尺寸电池的需要，还可以制备成薄膜，易于将锂电池小型化，而且由无机材料组装的薄膜无机固体电解质锂电池具有超长的储存寿命和循环性能，是各类微型电子产品电源的最佳选择[10]。采用有机电解液的传统锂离子电池，因过度充电、内部短路等异常时电解液发热，有自燃甚至爆炸的危险（图3）。从图 3 可以清楚地看到，当电池因为受热或短路情况下导致温度升高后，传统的锰酸锂或钴酸锂液体电解质锂离子电池存在膨胀起火的危险，而基于纯无机材料的全固态锂电池未发生此类事故。这体现了无机全固态锂电池在安全性方面的独特优势。以固体电解质替代有机液体电解液的全固态锂电池，在解决传统锂离子电池能量密度偏低和使用寿命偏短这两个关键问题的同时，有望彻底解决电池的安全性问题，符合未来大容量新型化学储能技术发展的方向。正是被全固态锂电池作为电源所表现出来的优点所吸引，近年来国际上对全固态锂电池的开发和研究逐渐开始活跃[10-12] 2 全固态锂电池储能应用研究进展 在社会发展需求和潜在市场需求的推动下，基于新概念、新材料和新技术的化学储能新体系不断涌现，化学储能技术正向安全可靠、长寿命、大规模、低成本、无污染的方向发展。目前已开发的化学储能装置，包括各种二次电池（如镍氢电池、锂离子电池等）、超级电容器、可再生燃料电池（RFC：电解水制氢-储氢-燃料电池发电）、钠硫电池、液流储能电池等。综合各种因素，考虑用于大规模化学储能的主要是锂二次电池、钠硫电池及液流电池，而其中大容量储能用锂二次电池更具推广前景。。 全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池或锂金属电池等后锂离子充电电池的先导性研究在世界各地积极地进行着，计划在2020 年前后开始商业推广。在众多后锂离子充电电池中，包括日本丰田汽车、韩国三星电子和德国KOLIBRI 电池公司对全固态锂电池都表现出特别的兴趣。图 4 为未来二十年大容量锂电池的发展路径，从图 4 可以看出，全固态电

简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料的用途不少于4例

简述薄膜材料的特征举例说明薄膜材料 的用途不少于4例 【篇一：简述薄膜材料的特征,举例说明薄膜材料的用途 (不少于4例)】 第四章薄膜材料与工艺 1、电子封装中至关重要的膜材料及膜技术 1.1 薄膜和厚膜 1.2 1.3成膜方法 1.4 电路图形的形成方法 1.5 膜材 料 2、薄膜材料2.1 导体薄膜材料 2.2 电阻薄膜材料 2.3 介质薄膜材 料 2.4 功能薄膜材料 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术 薄膜和厚膜电子封装过程中膜材料与膜技术的出现及发展，源于与 电器、电子装臵设备向高性能、多功能、高速度方向发展及信息处 理能力的急速提高系统的大规模、大容量及大型化要求构成系统的 装臵、部件、材料等轻、薄、短、小化晶体管普及之前真空电子管 的板极、栅极、灯丝等为块体材料，电子管插在管座上由导管连接，当时并无膜可言 20世纪60年代，出现薄膜制备技术在纸、塑料、 陶瓷上涂刷乃至真空蒸镀、溅射金属膜，用以形成小型元器件及电 路等进入晶体管时代从半导体元件、微小型电路到大规模集成电路，膜技术便成为整套工艺中的核心与关键。 1、电子封装工程中至关重要的膜材料及膜技术薄膜和厚膜与三维块 体材料比较：一般地，膜厚度很小，可看作二维膜又有薄膜和厚膜 之分经典分类：制作方法分类：块体材料制作的（如经轧制、锤打、碾压等）——厚膜膜的构成物一层层堆积而成——薄膜。 Ａｌ特点Ｓｉ基ＩＣ常用导体材料与作为ＩＣ保护膜的ＳｉＯ间的 附着力大对于ｐ型及ｎ型Ｓｉ都可以形成欧姆接触可进行引线键合 电气特性及物理特性等也比较合适价格便宜作为ＩＣ用的导体普遍 采用随环境、气氛温度上升，Ａｌ与Ａｕ发生相互作用，生成金属 间化合物，致使接触电阻增加，进而发生接触不良当Ａｌ中通过高 密度电流时，向正极方向会发生Ａｌ的迁移，即所谓电迁移在５０ ０以上，Ａｌ会浸入下部的介电体中在ＭＯＳ元件中难以使用尽管 Ａｌ的电阻率低，与Ａｕ不相上下，但由于与水蒸气及氧等发生反应，其电阻值会慢慢升高。 al与au会形成化合物al端子与au线系统在300下放置2～3ｈ， 或者使气氛温度升高到大约４５０，其间的相互作用会迅速发生， 致使键合部位的电阻升高此时，上、下层直接接触，au、al之间形

二氧化钛薄膜的研究进展(2-24)

二氧化钛薄膜的研究进展 引言 TiO2是一种性能稳定的半导体材料，具有氧化活性高，对人体无毒害、成本低和无污染等特点，在许多领域有广泛的用途。TiO2薄膜具有良好的化学稳定性、电学性能、优良的光催化特性和亲水性，使其在污水处理、空气净化、电子材料、光学材料、生物材料和金属表面防护等方面呈现出巨大应用潜力。目前，TiO2薄膜的制备方法有很多，大体可以分为两大类：物理法和化学法。物理法主要是利用高温产生的物质蒸发或电子、离子、光子等高能粒子的能量所造成的靶物质溅射等方法，在衬底上形成所需要的薄膜；化学法是利用化学反应在基片上形成薄膜的方法。[1] 制备方法 1 溶胶-凝胶法 溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水和络合剂，经搅拌和陈化后形成溶胶，然后利用浸渍-提拉法、旋转涂层或喷涂等方法涂在基片表面，经过焙烧后形成薄膜。常用的钛醇盐主要有：钛酸乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、四氯化钛和三氯化钛等等。 姚敬华等[2]人以钛白粉厂价格低廉的偏钛酸为原料,采用溶胶-凝胶法,结合微乳化技术和共沸蒸馏的工艺路线,制备了纳米锐钛矿型TiO2粉体。用电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)技术进行了表征。结果表明:TiO2结晶良好,分布均匀,无团聚现象。将一定量偏钛酸和NaOH按一定量比混合,再按一定固液比用水稀释,搅拌均匀后转入蒸馏瓶中,在沸腾状态下回流2 h后转入烧杯.在搅拌条件下,缓慢加入一定体积的浓硝酸至沉淀溶解,得到浅白色半透明状溶液。在此溶液中加入一定体积的8%DBS溶液和二甲苯,搅拌30 min静置,液体分为3层(3相),取中间相进行蒸馏,至馏出液中不分层为止,过滤,将滤渣在80℃烘 4 h后,放入茂福炉,在650℃下灼烧3 h后得纳米TiO2微粒。

薄膜太阳能电池的研究现状与发展趋势

薄膜太阳能电池的研究现状与发展趋势 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、水能等都来源于太阳能。太阳能电池是是一种通过光伏效应将太阳能转变为电能的一种装置，是利用太阳能的一种重要形式。 目前，人们根据所选用的半导体材料将太阳能电池应用技术分为晶硅和薄膜两大类。晶硅太阳能电池在现阶段的大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于其成本过高，限制了其发展。相比晶硅等其它太阳能电池，薄膜太阳能电池具有生产成本低、原材料消耗少、弱光性能优良等优势。随着世界能源紧缺，薄膜太阳能电池作为一种光电功能薄膜，可以有效地解决能源短缺问题，而且无污染，还可以实现光伏建筑一体化，易于大面积推广。 非晶硅薄膜太阳能电池 非晶硅薄膜太阳能电池转换效率较低，实验室转换效率只有13％，但工艺成熟、成本较晶硅低廉、制备方便，适于大规模生产。 非晶硅薄膜太阳能电池通常为叠层结构，玻璃基板上沉积了透明导电膜（transparentconducTIveoxide，TCO）层、非晶硅层（aSi层）和背电极层（Al／ZnO层）3层薄膜，其中非晶硅层通过磁控溅射法沉积。 相对于单晶硅太阳能电池，非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。非晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件。（1）非晶硅的光吸收系数大，因而作为太阳能电池时，薄膜所需厚度相对其他材料如砷化镓时，要小得多；（2）相对于单晶硅，非晶硅薄膜太阳能电池制造工艺简单，制造过程能量消耗少；（3）可实现大面积化及连续的生产；（4）可以采用玻璃或不锈钢等材料作为衬底，因而容易降低成本；（5）可以做成叠层结构，提高效率。 但同时非晶硅薄膜太阳能电池仍存在一些需要解决的问题。（1）由于Staebler-Wronski效应的存在，使得非晶硅薄膜太阳能电池在太阳光下长时间照射会产生效率的衰减，从而导致整个电池效率的降低；（2）沉积速率低，影响非晶硅薄膜太阳能电池的大规模生产；（3）

非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向

第33卷增刊2012年12月 太阳能学报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA Vol．33Suppl Dec.， 2012收稿日期：2012-07-24基金项目：国家高技术研究发展（863）计划（2011AA050518）；国家重点基础研究发展（973）计划（2012CB934302）；上海市科委项目 （11DZ2290303） 通讯作者：李海华（1974—），女，博士、副教授，主要从事微纳电子学与器件制造方面的研究。lihaihua@sjtu．edu．cn 文章编号：0254- 0096（2012）增刊-0001-06非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向 李海华，王庆康 （上海交通大学微纳科学技术研究院，“薄膜与微细技术”教育部重点实验室、“微米纳米加工技术”国家级重点实验室，上海200240） 摘要：介绍了非晶硅薄膜太阳电池的最新研究进展，微纳光学结构和金属表面等离子体特性引入到非晶硅薄膜 太阳电池可大大降低薄膜厚度和提高光电转换效率。叠层串联的非晶硅太阳电池及非晶硅和多晶硅、单晶硅组成的异质结结构可增加宽带太阳光谱吸收范围，提高光电转换效率，是非晶硅薄膜电池的发展方向。关键词：非晶硅；太阳电池；叠层；微纳结构；异质结中图分类号：TM615 文献标识码：A 0引言 太阳能是可再生能源领域中最具发展前景的资 源。作为太阳能利用的重要组成部分，光伏发电是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源。利用太阳电池可以无任何材料损耗地将太阳能转换为人 类可利用能量的最高级形式— ——电能。太阳电池的应用可解决人类社会发展的能源需求方面的3个问 题：开发宇宙空间时， 利用太阳能提供持续可用地即时转化电能；解决目前地面能源面临的矿物燃料资 源减少与环境污染的问题；日益发展的消费电子产品随时随地的供电问题等。特别是太阳电池在发电 过程中不会给人们带来任何噪声、 辐射和污染，与其他形式的可再生能源（如风力发电）相比，由于不存 在任何可动的部分，所以系统稳定性高，维护成本相对较低；在使用中不释放包括CO 2在内的任何气 体， 这些对满足能源需求、保护生态环境、防止地球温室效应具有重大意义。 制作太阳电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，根据所用材料的不同，太阳电池可分为：1）硅太阳电池；2）以无机盐如砷化镓Ⅲ-Ⅴ化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3）功能高分子材料制备的太阳电池；4）纳米晶太阳电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳电池材料的一般要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的 光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；材料便 于工业化生产且材料性能稳定。 基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳电池材料，这也是太阳电池以硅材料为主的主要原因。目前，硅基薄膜太阳电池因其成本低、质量轻、转换 效率较高、 便于大规模生产，而具有较大的优势，从而成为国际上研究最多，发展最快的薄膜电池，也是 目前唯一实现大规模生产的薄膜电池。本文简要地综述了非晶硅太阳电池的国内外现状和最新研究进展，并讨论了非晶硅太阳电池的发展及趋势。 1国内外产业现状 非晶硅（a-Si ）薄膜太阳电池虽然早已出现［1］，但由于光电转换效率低、衰减率（光致衰退率）较高等问题，一直制约其发展。随着其技术的不断进步， 光电转换效率得到迅速提高［2］ 。传统的晶硅太阳电池利用纯硅锭切割而成的硅片将光转换为电流。因为晶硅价高且晶片脆，因此太阳电池模块的加工生产过程需要特殊处理。且该种电池需要封装和其他组件，使得晶硅模块价格昂贵，但其工作寿命达20 25a ，能效为14% 23%。非晶硅薄膜太阳电池为第二代产品，有望实现更低的成本，大多采用连 续性卷对卷生产工艺［3］ ，而晶硅电池采用分批生产工艺。虽然仍与晶体硅电池相比存在差距，但其用料少、工艺简单、能耗低，成本有一定优势；尤其因为其沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔

全固态3D薄膜锂离子电池的研究进展

全固态3D薄膜锂离子电池的研究进展 作者：邓亚锋钱怡崔艳华刘效疆来源：本站浏览数：289 发布时间：2013-8-8 16:28:16 0 引言 全固态薄膜锂离子电池主要由正/负极薄膜、电解质和集流器薄膜组成．整个电池厚约10 μm，可设计成任意形状和大小集成在IC电路中，是便携式电子设备、微电子机械系统(MEMS)以及微型国防技术装备(如微型智能武器)的理想能源。全固态平面薄膜电池(图1)受限于几何结构，能量和功率密度难以满足快速发展的MEMS、微型医疗器械、无线通信、传感器等领域对微电源的要求。全固态三维薄膜锂离子电池(简称3D锂电池)通过独特的构架设计(图2)，增大单位立足面积内电极活性物质负载量，并缩短锂离子扩散半径，提高了电池的容量和充放电速率。是解决未来微电子器件能量需求的一种有效方式，引起了人们的极大关注。 1 不同构架的全固态3D薄膜锂电池 1．1 叉指碳柱3D电池 叉指碳柱3D电池由加利福尼亚大学Wang小组于2004年首次提出(图3)，在Si/SiO2衬底上涂覆感光胶，光刻得到图形，再经过高温热解及后处理，即制得正/负极叉指状碳柱3D电池。叉指碳柱既可以直接作为电极，又可以作为集流器，在其表面沉积各种电化学活性物质。2008年，Min等研究了在叉指碳柱上电镀十二烷基苯磺酸盐掺杂聚吡咯(PPYDBS)导电聚合物薄膜的方法。结果表明，覆盖约10 μm厚PPYDBS的叉指阴极(C-PPYDBS)，电极电位从碳电极的3．2 V提高到了3．7 V(相对于Li/Li+)，但自放电较为严重，电池的放电容量远小于充电电容。 为改善叉指碳柱电极性能，Teixidor等制备出包覆中间相碳微球的叉指碳柱(C-MCMB)，有效提高了电极不可逆容量，但可逆容量仍较低。Chen等在叉指碳柱上包覆碳纳米管(CNT／C-MEMS)使单位立足面积电容达到8．3 F/cm2，充放电循环性能得到显著提高。 叉指碳柱电极成本低、热力学和化学稳定性好、易制成各种形貌、能包覆不同的活性材料(图4)，光刻-热解工艺较为成熟，适合工业化生产。但是，叉指结构放电不均匀、漏电流较大、碳柱在锂离子嵌入和脱出过程中易变形破损，这些问题需进一步研究解决。 1．2 微通道衬底3D电池 1998年，以色列特拉维夫大学的Peled小组首次报道了微通道衬底3D 电池(3D-MCP)；在Si片或玻璃上蚀刻出均匀分布、直径为15～50 μm的微通

薄膜流研究进展

薄膜流研究进展 班级：机械工程专硕1班 学号：6160805020 姓名：程帅 摘要：液体在重力作用下以薄层形式沿壁面向下流动，称为液体薄膜流。它具有小流量、小温差、高传热传质系数、高热流密度、结构简单、动力消耗小等独特优点，己作为一项高效传热传质技术在化工、能源、航天、石油、制冷、电子等许多工业领域得到了广泛应用。本文介绍了非牛顿流体层流降膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机。正是由于实际应用的重要性和迫切性，在液体薄膜流的水动力过程和传热传质特性力一面，近几十年来开展了大量的深入研究。本文通过全面阐述液体薄膜流动和传热特性的研究现状，分析目前研究中存在的问题与不足，为未来研究提供借鉴。 关键词：液体薄膜流、非牛顿流薄膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机 1.液体薄膜流表面特征 对于液膜沿倾斜壁或垂直管壁向下流动的情形，从实验上观察到三种不同的流动状态:当Re=4T/v<20~30 (T为单位湿周的体积流率，v为流体的运动粘度)，流动为层流，膜表面呈平滑状态且膜厚为常数;当2001000~2000，流动呈波动性剧烈的紊流。 在工业应用的雷诺数范围内，降膜呈现出非常不规则的波动表面。对于波峰高度是底层厚度两倍以上，且其周围存在至少一个波长长度的平坦部分的波，称之为孤立波，如图1所示。它起始于粘性底层，具有陡峭的波前和相对平缓的波后，在波后逐渐没入粘性底层。对于波幅是其底层厚度2}5倍的大波，其携带着大部分流动质量，对波内、波与壁面、波与外界的传热传质速率，起着明显的控制作用。一般说来，界面处的波动会在膜内、特别是 在接近界面处将产生良好的混合。实验测量表明，紊流对动量传递的影响与波动的影响相比要小一些。 (a)波峰高度/底层厚度=2.8 (b)波峰高度/底层厚度=3.68 图1不同波峰高度/底层厚度比下的流动特性，R=600 大多数模拟结果显示:在孤立波内存在与主流方向相反的回流区，而在其周围的微波内不存在回流区(图1)。回流区的存在，加快了界面处和膜内冷热流体的混合，在一定程度上加强了传热效果，而且，液体表面波的存在，尤其是大孤立波，可有效地喇氏平均液膜厚度，.这些特征可以从理论上解释在波动膜状态下具有强传热传质速率的机理。

第六章 薄膜材料及其应用

第六章 薄膜材料及其应用（1） 主要内容 一、超硬薄膜 二、智能薄膜 三、纳米薄膜 四、三族元素氮化物薄膜 五、巨磁和庞磁薄膜 六、铁电薄膜 七、红外敏感薄膜 八、人工周期调制材料 一、超硬薄膜 材料的硬度不仅取决于材料的宏观性质（弹性和塑性），而且 也取决于材料的微观性质（原子间的相互作用力）。合成超硬材料对于了解原子间相互作用的微观特性与宏观特性间的基本关系，以及纯技术的应用都十分重要。 超硬材料（包括已有超硬材料和理论预言超硬材料）可以分为三类： 1. 由周期表中第2、3周期的轻元素所形成的共价和离子-共价化合物； 2. 特殊共价固体，包括各种结晶和无序的碳材料； 3. 与轻元素形成的部分过渡金属化合物，如：硼化物、碳化物、氮化物和氧化物。 超硬材料的特点 1. 超硬材料在正常条件下大多是亚稳相； 2. 绝大多数超硬材料都是共价型或离子型固体； 3. 过渡金属化合物超硬材料具有共价键和金属键； 4. 超硬材料在元素周期表中都由位于中间位置的主族元素组成，这些元素具有最小离子、共价或金属半径，且固态中的原子间具有最大的结合能； 5. 元素中电子壳层的周期填充使固体中的原子半径或分子体积呈规律性变化； 6. 元素固相在变化时，如具有最小摩尔体积，则具有最大的体弹性模量、最大的结合能和最高的熔点。满足Aleksandrov 关系： k 为体弹性模量，Vm 为摩尔体积，Ec 为结合能 对单一元素的固体， 绝大多数在1-4； （一）由原子序数较小的元素形成的超硬化合物 这些超硬材料由位于第2、3周期中的元素如：铍、硼、碳、氮、氧、铝、硅、磷 的化合物组成。它们能形成三维刚性点阵、原子间具有较强的共价键。典型的离子-共价化合物例子是氧化物，如：刚玉Al2O3，超石英（SiO2的高压相）。 这些超硬化合物主要有：BeO 、B6O 、P2O5、Al-B-O 系统、CNx 、SiC 、Be2C 、Si3N4及其它硼碳化合物、硼磷化物、硼硅化物等。 （二）碳材料 由于C 原子间存在不同类型的化学键合，所以C 存在大量的同素异构体和无序相。如 sp3 C 杂化键合形成的金刚石，是最硬的的已知材料。所以可将碳划到特殊材料。 单晶金刚石的维氏硬度达70-140GPa 。另一sp3 C 杂化键合形成的六方金刚石具有与金刚石类似的力学性质。近年来，利用各种沉积技术，制备了高sp3 键合度的非晶碳膜，也称类金刚石薄膜。它的显微硬度达到70GPa 。足球烯C60是有C 的sp2 原子键合形成m c V E k ∝160.5/E kV c m -≡

氢化非晶硅_a_Si_H_薄膜稳定性的研究进展

廖乃镘:男,1979年生,博士研究生,从事氢化非晶硅红外敏感薄膜材料研究　Tel :028*********　E 2mail :liaonaiman @https://www.wendangku.net/doc/289915204.html, 李伟:通讯联系人,教授,博士生导师　Tel :028*********　E 2mail :wli @https://www.wendangku.net/doc/289915204.html, 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜稳定性的研究进展 廖乃镘,李　伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明 (电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054) 摘要 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因 素之一。介绍了a 2Si ∶H 薄膜稳定性的研究进展,论述了a 2Si ∶H 薄膜的稳定性与Si 2Si 弱键的关系,分析了光致衰退效应(S 2W 效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si 2Si 弱键以提高a 2Si ∶H 薄膜稳定性的方法。 关键词 氢化非晶硅　稳定性　光致衰退效应　物理模型　稳定化处理 R ecent Progresses on the Stability of H ydrogenated Amorphous Silicon Thin Films L IAO Naiman ,L I Wei ,J IAN G Yadong ,KUAN G Yuejun ,L I Shibin ,WU Zhiming (State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices ,U ESTC ,Chengdu 610054) Abstract The a 2Si ∶H thin film is an important light 2sensitive material that has received significant attention nowadays because of its unique properties.The stability of this thin film is a key factor which is fatal in the application of commercial devices.This paper summarizes and commends some researches on the stability of a 2Si ∶H thin films based on recent literature ,and discusses the relationship between the weak bonding of Si 2Si and the stability of the films.It introduces the mechanisms of light 2induced degeneration of a 2Si ∶H thin films and also recommends some methods of film fabrication and post 2treatment techniques in order to reduce the weak bonding of Si 2Si in a 2Si ∶H thin films. K ey w ords a 2Si ∶H ,stability ,light 2induced degeneration ,physical model ,stabilization treatment 0　前言 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜具有光吸收率高、电阻温度系数 (TCR )相对较大(1.8～8%/K )[1]、禁带宽度可控、可大面积低 温(<400℃)成膜、基片种类不限、生产工艺较简单、与硅半导体工艺兼容等突出优点,在红外成像、太阳能电池、液晶显示、复印机感光鼓等领域得到快速发展。 众所周知,在无掺杂a 2Si 薄膜中,由四配位Si 原子组成的无规网络具有很高的内应力。为了减小内应力,a 2Si 无规网络中的弱Si 2Si 键有自发断裂倾向,形成三配位的Si 原子和1个悬挂键缺陷。所以,无掺杂的a 2Si 薄膜中的悬挂键密度很高(1018cm -3或更高),电学性能很差,不能满足器件的应用要求。 a 2Si ∶H 中引入的H 原子饱和或部分饱和了a 2Si 薄膜中的悬挂键(DB )缺陷态,使它的DB 密度大大下降(可以降低到(1～5)×1015cm -3),使a 2Si ∶H 薄膜成为一种十分重要的光电材料。然 而,可移动H 的存在也带来了一些不利的影响,如H 原子在a 2 Si ∶H 薄膜中扩散,容易引起弱Si 2Si 键的断裂和H 的聚集,导致悬挂键的移动和悬挂键密度的增加等。事实上,10at %的H (约5×1021cm -3)才能大幅度减少DB 密度,比实际a 2Si ∶H 薄膜中的DB 密度大了1～2个数量级,所以H 在a 2Si ∶H 薄膜中的利用效率是很低的[2]。此外,H 在a 2Si 薄膜中不只是以Si 2H 键方式存在,同时还存在(Si H HSi )n 、分子氢(H 2)及双原子氢化 合物等键合方式,而只有Si 2H 键合方式的H 才对增强红外吸收起重要作用。上述a 2Si ∶H 薄膜中的H 在受到光照后会发生不同的反应,如H 扩散、H 逸出、产生新的复合中心和陷阱中心等,从而改变a 2Si ∶H 中薄膜H 的键合方式、分布状态、含量和悬挂键密度,使a 2Si ∶H 薄膜的光电特性发生变化。 要使a 2Si ∶H 材料在器件上得到广泛应用,就要求它具有低的DB 密度和稳定的光电特性(长时间使用后性能不变)。但是,由于光致衰退效应(即S 2W 效应)的存在,会使基于a 2Si ∶H 薄膜材料的器件性能降低甚至失效,这是a 2Si ∶H 器件化应用的重大障碍之一。本文总结了近年来a 2Si ∶H 薄膜材料稳定性的研究进展,分析了S 2W 效应产生的机理及消除或减小这种效应的方法。 1　S 2W 效应机理及物理模型 a 2Si ∶H 薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内 部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler 2Wronski 效应[3]。这是制约a 2Si ∶H 薄膜应用的主要原因。只有正确理解S 2W 效应的机理,才能解决好a 2Si ∶H 薄膜的稳定性问题。对S 2W 效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制 也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。总的看法认为,S 2W 效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a 2Si ∶H 薄膜材料的