第1章 概念介绍 简介:飞轮储能:飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速旋转,将电能转化为机械能储存起来,在需要的时候,飞轮带动发电机发电。飞轮系统工作在高真空环境中,具有无摩擦损耗、风阻小、寿命长、不影响环境、免维护等特点,适用于电网调频、电能质量保障等,但也存在能量密度低、保证系统安全成本高等缺点,其优势不能小规模体现,目前主要用于电池系统的补充。 飞轮:飞轮储能是一种将电能以动能形式储存起来的智能方法,其技术思路是,需要储存的多余电能驱动电动机,电动机每分钟带动飞轮旋转数千转,将动能储存起来。飞轮由于被悬浮在带有磁铁和高效轴承的真空腔中而可以轻松移动。储存的动能就是飞轮的动量,可以驱动作为系统另一部分的发电机发电。飞轮系统的主要优点是维护成本低、预期寿命长、响应速度快、往返效率约为 90%。主要缺点是成本高、自放电风险高、仅适用于较小容量(3 kWh 至 130 kWh)[18]。关键技术:飞轮储能目前处于实验阶段,主要存在五个技术问题:飞轮转子、轴承、能量转换系统、电动机/发电机和真空腔。1. 飞轮转子。飞轮转子是飞轮储能系统中最重要的部分。整个系统的能量转换依赖于飞轮的旋转。有必要根据转子动力学设计开发强度高、结构合适的飞轮。 2.支撑轴承 支撑高速飞轮的轴承技术是制约飞轮效率和寿命的关键因素之一。 3.能量转换系统 飞轮储能系统的核心是电能与机械能的转换,调节转换过程的能量输入与输出,协调频率和相位。能量转换单元决定系统的效率,支配飞轮系统的运行。 4.发电机/电动机 飞轮储能转子的高转速导致飞轮电机的转速也高,这就要求飞轮电机系统具有高效率、低功耗、高可靠性等特点。目前永磁电机的研究主要集中在降低损耗和解决永磁体的温度敏感性上。5.真空室真空室是飞轮储能系统的辅助系统,使系统不受外界环境的影响。
第 6 章 场发射 6.1 简介 电子束在许多应用和基础研究工具中起着核心作用。例如,电子发射用于阴极射线管、X 射线管、扫描电子显微镜和透射电子显微镜。在许多此类应用中,希望获得高密度的窄电子束,且每束的能量分布紧密。所谓的电子枪广泛用于此目的,它利用热阴极的热电子发射来操作。然而,由于发射电子的热展宽,实现具有窄能量分布的电子束很困难。因此,冷阴极的场发射备受关注,但需要大的电场导致尖端表面的原子迁移,因此难以实现长时间稳定运行。碳纳米管可能为这些问题提供解决方案。事实上,碳纳米管在冷场发射方面具有许多优势:与金属和金刚石尖端相比,纳米管尖端的惰性和稳定性可以长时间运行;冷场发射的阈值电压低;工作温度低;响应时间快、功耗低、体积小。本章后面将讨论,利用纳米管优异场发射特性的原型设备已经得到展示。这些设备包括 X 射线管 [Sug01]、扫描 X 射线源 [Zha05]、平板显示器 [Cho99b] 和灯 [Cro04]。在详细介绍场发射之前,我们先介绍一下早期的实验工作,这些工作确立了碳纳米管在场发射方面的前景 [Hee95]。图 6.1 显示了测量碳纳米管薄膜场发射的实验装置。其中,碳纳米管薄膜(纳米管垂直于基底)用作电子发射器。铜网格位于纳米管薄膜上方 20 微米处,由云母片隔开。在铜网格和纳米管薄膜之间施加电压会产生一束电子,该电子束穿过铜网格,并在距离铜网格 1 厘米的电极处被检测到。 (需要注意的是,这些实验是在高真空条件下进行的,场发射装置位于真空室中,残余压力为 10 -6 托。)图 6.1 显示了这种装置的电流与电压曲线,表明正向偏置方向的电流大幅增加(发射类似于二极管:对于负电压,电流非常小)。为了验证光束确实由电子组成,光束在磁场中偏转,偏转对应于具有自由电子质量的粒子的偏转。该图的插图显示了 ( ) 2 log / IV vs 1 V − 的图,即所谓的 Fowler-Nordheim 图(更多信息请参见
为了生产二维材料的纳米结构,通常使用自上而下的技术,例如光刻[6]、电子束光刻(EBL)[7]和离子束光刻[8]。最近观察到,使用电子或离子的光刻技术可能会导致二维材料的结构损伤[9]或增加抗蚀剂污染,而这些污染需要通过等离子清洗去除。[10]激光烧蚀是一种无抗蚀剂的一步式替代方法[11–13],但光学衍射极限阻碍了其在需要亚微米分辨率的场合使用。自下而上的技术,例如化学气相沉积和位置选择性生长[14,15],可实现可扩展性和高分辨率。然而,复杂器件结构的可重复制造和器件集成仍未解决。扫描探针光刻(SPL)包含一组纳米光刻技术,可实现需要超高分辨率的独特应用。 [16] SPL 的工作原理基于纳米探针和表面之间的各种物理和化学相互作用,并且已应用于 2D 材料的机械划痕、[17] 局部氧化、[18,19] 和浸笔工艺。[5] 具体来说,热扫描探针光刻 (t-SPL) 是一种新兴的直写方法,它使用加热的纳米尖端进行 2D 和 3D 减材/增材制造。[20–22] t-SPL 的图案创建是通过使用加热的纳米尖端连续压痕样品同时扫描样品来完成的。除了超快写入之外,还可以用冷尖端对样品进行成像,类似于传统的原子力显微镜 (AFM),从而实现闭环光刻和图案叠加。在这里,我们表明,通常应用于可升华聚合物的热机械压痕技术也允许直接切割 2D 材料。为此,我们在环境压力和温度下使用 t-SPL,通过加热的纳米尖端局部热机械切割 2D 材料的化学键。展示了单层 MoTe 2 的 20 纳米分辨率图案,以及它对其他 2D 材料(如 MoS 2 和 MoSe 2)的适用性。相对于 EBL,所提出的技术不需要高真空并可避免电子诱导损伤,因此可以非常经济高效的方式轻松实施,以制作高质量 2D 纳米结构的原型和制造。对于大多数应用,2D 材料的功能性纳米结构必须通过光刻技术进行图案化。在这里,我们开发了一种用于单层 2D 材料的一步光刻技术,也称为直接纳米切割,使用热机械压痕法,如图 1 a 所示。为此,我们将 2D 材料薄片直接转移到 50 纳米厚的可升华聚合物层上,该层由旋涂机制成,然后通过热机械压痕法进行图案化。
我的研究活动在材料科学技术领域;长时间长时间经历高温或积极的服务条件的过程中。这项工作的主要目的是基于材料的微观结构特征和过程参数建立相关性。在Cenim的铝合金机械性能博士学位后,我在Indo International的R&D&I部门工作了6年,从事高真空技术(CVD等离子体和溅射)的多层过程开发。这种经历使我对研发和I系统具有非常完整的愿景。2009年,我担任了CSIC高级科学家的职位。直到2019年,我一直是Avanza Group的一部分,在那里我与González-Doncel博士一起获得了衍射技术来表征残余应力。自2019年1月起,我是Cenim的物理冶金系中Meso集团(安全可持续社会的材料)的负责人:http://www.cenim.csic.es/index.php/ Meso Project Project评估者R&D&D&I Project Intural of National Plan Plan Plan Plan Plan Plan Plan Plan Plans和Codect of National Plan&I Project and County of National Plan&I Project and County of 2017年的国家计划和特殊行动。五项发明专利的作者(其中两项由印度国际公司许可)。5个研究项目中的首席研究员,其中两个协调(参与8个研究项目)。 首席调查员/负责与公司的6份合同(与公司签订了8个合同)。 自2014年以来,CSIC研究生和专业学校的机械测试课程主任兼讲师。5个研究项目中的首席研究员,其中两个协调(参与8个研究项目)。首席调查员/负责与公司的6份合同(与公司签订了8个合同)。自2014年以来,CSIC研究生和专业学校的机械测试课程主任兼讲师。我在公司Indo International公司的R+D+I部门工作了6年。这种经历使我对R+D+I系统具有非常完整的愿景。我目前专注于改善金属组件的完整性,以减少事故的数量,修复和更换结构的成本。与中国邓甘大学的Yuliang Zhao教授一起,我已经开始研究了连续回收过程的效果。很明显,回收及其对环境的影响是材料科学中的重要挑战,但是有必要研究和预测回收对材料的影响。特别是在铝合金中,铁在回收过程中积累。铁浓度的增加会改变机械性能,并影响使用这些合金构建的结构的耐用性。在连续回收合金的领域开始进行研究,以预测结构中的严重耐用性问题。
(证明大学机构发展能力的项目)“关于在声乐汽车“产品,行业研究开发项目,2000年的研究开发项目”中,对高速应用程序中互连结构的行为进行研究的研究和研究研究19/2002,2001-2002“高真空吸真空领域的涡轮分子抽水系统的集成系统”,Relanesin,subprogram:Relanesin III-Relanesin模化否1001/09/2001,2001-2001-“建模,模拟和测试电子模块”,双边合作项目罗马尼亚 - 匈牙利,2003年,2004年,第1期。RO-12/2003“电子包装的科学网络和生态技术平台”,ResplatePE,Amtrans项目,CEEX合同号。X2C09,2006- 2008年,“关于在罗马尼亚电子行业实施PB合金的研究”,Grant A,主题15,CNCSIS代码,CNCSIS代码61,2006-2008”,根据ROHS欧洲指令对电子微模块的调查,并根据ROHS欧洲指令,基于能源高效的方法。 2008 - 2009年“电子学习教育和对电子组装技术(Elect2eat)的持续培训”,项目编号。 LLP-LLP-LDV- TO-2007-HU-016,2008-2009“电子培训微系统技术” -Msystech,合同号。 llp-dlv/toi/2008/ro/003,项目编号。X2C09,2006- 2008年,“关于在罗马尼亚电子行业实施PB合金的研究”,Grant A,主题15,CNCSIS代码,CNCSIS代码61,2006-2008”,根据ROHS欧洲指令对电子微模块的调查,并根据ROHS欧洲指令,基于能源高效的方法。 2008 - 2009年“电子学习教育和对电子组装技术(Elect2eat)的持续培训”,项目编号。LLP-LLP-LDV- TO-2007-HU-016,2008-2009“电子培训微系统技术” -Msystech,合同号。llp-dlv/toi/2008/ro/003,项目编号。2008-1-RO1- LEO05-00694,2009-2010“ NOE FLEXNET网络卓越的卓越网络,用于建立知识,以改善灵活的有机和大面积电子电子(FOLAE)及其勘探的系统集成”(Flexnet),FP7,FP7,赠款协议号编号编号247745,FP7-ICT-2009-3.3,2012-2012“活跃在劳动力市场上:培训和发展技能,以增加电子和机电一体化的就业机会”,欧洲社会基金通过部门运营计划通过2007- 2013 "Development and implementation of active employment measures", contract code: POSDRU/125/5.1/S/133562, 2014-2015 "Microelectronics Cloud Alliance" (MeCA), Project, NO: 562206-EP-1-2015-1-BG-EPKA2-KA, European program ERASMUS+, KA2-COOPERATION FOR INNOVATION AND THE良好实践的交流,知识联盟,2016年至2018年247745,FP7-ICT-2009-3.3,2012-2012“活跃在劳动力市场上:培训和发展技能,以增加电子和机电一体化的就业机会”,欧洲社会基金通过部门运营计划通过2007- 2013"Development and implementation of active employment measures", contract code: POSDRU/125/5.1/S/133562, 2014-2015 "Microelectronics Cloud Alliance" (MeCA), Project, NO: 562206-EP-1-2015-1-BG-EPKA2-KA, European program ERASMUS+, KA2-COOPERATION FOR INNOVATION AND THE良好实践的交流,知识联盟,2016年至2018年
硅仍然是技术上最重要的材料之一,广泛应用于各种微电子和微机电系统 (MEMS) 设备和传感器。几十年的深入工业研究已经带来了一些最先进的硅材料加工路线,但有关其机械性能的一些细节仍然是个谜。这并不是因为缺乏努力,而是因为其复杂性。就变形机制而言,位错塑性、断裂和各种相变都是可能的,具体取决于加载速率、应力状态、尺寸、温度、杂质的存在等。本研究重点关注硅中的相变,这种相变发生在以压缩载荷为主的围压下 [1-3]。这使得仪器压痕成为诱导此类行为的流行选择 [4,5],我们在各种温度下都进行了这种测试。本研究的独特之处在于联合使用了两种事后显微镜技术:压痕的拉曼映射和聚焦离子束 (FIB) 加工提升的透射电子显微镜 (TEM)。这样做是为了试图更详细地了解不仅发生了哪些相变,而且了解它们在空间中的分布情况以及这种相变与压头下方局部应力状态的关系。在高温下,使用配备 800C 的 Hysitron PI88 原位 SEM 压痕和配备金刚石 Berkovich 尖端的原型高真空平台纳米压痕系统测试了具有 <001> 取向和 p 型掺杂的硅晶片,电阻率为 0.001-0.005 Ω-cm,相当于 1x1019 - 1x1020 cm-3 硼掺杂。沿着压痕的对角线准备提取件,从而将一个面和一个角一分为二。在减薄和转移到半网格之前,先沉积保护性铂。样品制备采用 FEI Versa 3D 双束和 EasyLift 操纵器(Thermo Fischer Scientific,希尔斯伯勒),并使用在明场中以 300keV 运行的 Technai F30 TEM 进行成像。图 1 显示了硅从室温到 450°C 的纳米压痕行为变化的摘要。其中,硬度最初随着温度升高到大约 150°C,然后开始稳步下降。这是一个相当有趣的观察结果,因为当性能由位错塑性介导时,硬度和屈服强度通常会随着温度的升高而降低 - 这表明在低温范围内其他行为占主导地位。这也体现在压痕的后期 SEM 成像中,因为在室温下会出现剥落,在 100°C 时会消失,然后在 200°C 时变成延性流动。剥落归因于卸载过程中晶格膨胀的相变。图 2 展示了一些关于解释这种硬度变化的变形机制变化的理解,其中显示了事后拉曼图和 TEM 图像。此处,室温拉曼图显示压头压痕下有一个强烈的相变区域,这从 TEM 成像中也可以看出来。当温度升高到 100°C 时,拉曼光谱显示从非晶态、R8 和 BC8 硅相的复杂混合物急剧转变为六方相和金刚石立方体相。事后 TEM 也显示相变区域的变化,特别是总相变材料的减少。在 200°C 时,拉曼光谱显示为金刚石立方体,含有少量六方材料。TEM 显示压痕下似乎以孪生塑性为主,几乎没有明显的相变材料。