电容去离子除氯电极的构建及其脱盐性能研究进展

电容去离子技术(Capacitive deionization,CDI)是一种新兴的脱盐技术,通过在电极两端施加较低的外加电场除去水中的带电离子和分子,由于其较低的能耗和可持续性而备受关注。基于储能电池领域近年来的迅猛发展,CDI电极材料实现了从以双电层作用机理为代表的碳材料到法拉第电极材料的跨越,使得脱盐性能有了大幅度提升。Na⁺的去除与Cl^-的去除同等重要,然而,CDI中针对氯离子高效去除的电极材料研究关注较少。本文从CDI装置的构型演变发展出发,系统地归纳与梳理了CDI中关于脱氯电极材料的分类,对比了不同类型脱氯电极材料的特点,并总结了Cl^-去除的机理,分别为基于双电层的电吸附、转化反应、离子插层和氧化还原反应。本文是首篇关于CDI阳极材料的进展综述和展望,为CDI除氯电极的后续研究提供理论基础和研究思路。     

Ni(OH)2修饰的三聚氰胺泡沫用于可压缩超级电容器电极

通过化学镀和电化学镀的方法制备了一种Ni(OH)₂电化学活性材料修饰三聚氰胺泡沫(MF)可压缩骨架的超级电容器电极材料MF/Ni(OH)₂。MF/Ni(OH)₂可压缩电极材料表现出最佳的电容性能,例如循环稳定性(即使在40 mA/cm^-3的电流密度下经过2000次充放电循环后,可压缩电极仍能保持90.63%的初始电容)和可压缩稳定性(即使在压缩率为50%时,仍具有97.88%的电容保持率)。层状可压缩超级电容器由MF/Ni(OH)₂弹性材料作为阳极,镍/碳(Ni/C)为阴极以及实验室中常用的滤纸作隔膜材料组成。这种超级电容器装置在不同的压缩下表现出良好的电化学性能和优异的压缩稳定性。最后,使用可压缩的超级电容器来点亮LED灯,以展示其在柔性电子设备中的应用。这些优化的电化学和机械性能表明MF/Ni(OH)₂可作为可压缩超级电容器的应用中的候选电极。     

自支撑硫镍基电极材料制备及其赝电容性能

硫镍基赝电容超级电容器具有较高的比电容和功率密度等优点,是下一代理想的储能装置之一,但其实际应用受到其活性材料的制约,如导电性低和循环性能差等。研究者围绕增强硫镍基赝电容电极材料导电性和提升循环稳定性进行了大量的研究工作。其中,构建自支撑的电极材料被认为是一种降低活性材料和集流体之间界面电阻的有效方法。本文综述了制备自支撑硫镍基赝电容电极的常见方法,并就活性材料的形貌与性能关系进行了总结,主要着眼于集流体改性、离子掺杂、复合材料构建及形貌调控优化等。最后对自支撑硫镍基赝电容电极材料的研究方向进行了展望。     

一种新型膜片钳放大器系统的设计

为降低成本和解决现有膜片钳放大器系统中PC机的干扰问题,研究了一种新型的膜片钳放大器系统.该系统既可以单独作为小系统实现采集和显示,也可以通过红外方式和PC机进行通讯.     

A new switched capacitor resonator and its research

In bandpass sigma delta modulator, resonator is the key block. This paper proposed a new resonator which can simplify the circuit implementation when designing bandpass modulator with lowpass prototype. The effect of finite gain, finite bandwidth, and path mismatch on the resonator is analyzed. The function of the proposed resonator and the devired equations about path mismatch have been verified by switched capacitor software SWITCAP.     

多通道逐次逼近型10 bit 40 Ms/s模数转换器的设计

设计了一个多通道逐次逼近型结构的10 bit 40 Ms/s模数转换器(ADC).由于采用时间交叉存取技术,提高了整个芯片的转换速度,同时通过运用比较器自校准和电容自校准结构,提高了整个电路的转换精度.本芯片采用Chart 0.25μm2.5 V工艺,版图面积为1.4 mm× 1.3 mm.40 MHz工作时,平均功耗为33.68 mW.输入频率19.9 MHz时,信号噪声失真比(SINAD)为59.653 3 dB,无杂散动态范围(SFDR)为74.864 6 dB.     

基于数字自校准的14位SAR ADC的设计

为了降低电容型模数转换器（ADC）中的电容失配带来的非线性影响,提出了一种基于复用低位电容自校准的逐次逼近型（SAR）ADC电路结构,利用低位电容转化高位电容失配引起的误差电压,实现高位电容失配校准。在55 nm CMOS工艺下实现了该ADC结构。该结构ADC工作过程为失调误差提取与正常转换两阶段,失调误差提取阶段中利用低位电容将高位电容失配产生的误差电压转换为误差码并存储,将误差码与正常转化数字码求和得到最终的数字输出,实现电容失配自校准。为了提高ADC采样速率,该结构通过分段结构将电容阵列分为三段降低了单位电容数量。仿真结果表明,在1.2V电源电压,80 MSPS采样速率下,引入电容失配后电路功耗为3.72 m W,有效位数为13.45 bit,信噪失真比（SNDR）为82.75 dB,相比未校准分别提高4.41 bit,26.58 dB。     

焦平面输入电路研究

在混合式焦平面阵列中,探测器和读出电路的耦合通过输入级电路实现。为分析输入电路对探测器-放大器系统性能的影响,用分立元件设计制作了一个三级的前置放大器并进行了模拟实验,实验表明放大器输入级噪声是造成探测器信噪比下降的主要因素,应用中应该选用具有特定噪声性能的放大器与探测器匹配。研究了焦平面中常用的直接注入(DI)和电容反馈放大电路(CTIA)与探测器耦合时在噪声、输入阻抗、工作点匹配等方面应具备的条件。提出了临界输入阻抗的概念,实验表明,当电路的输入阻抗低于此临界值时(对于GaN p?蛳i?蛳n 光伏探测器来说约为106 Ω),焦平面才能获得较高的注入效率。     

基于电容读出的非制冷红外探测器

介绍了一种基于标准硅工艺的电容读出式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作以及集成读出电路的设计。该探测器用于探测室温下物体的红外辐射,其响应波长为8～12 μm 。由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大,用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下会发生弯曲,微悬臂梁和衬底形成一个可变电容,通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲,从而可以探测红外辐射的情况。采用和探测器集成的CMOS读出电路对探测器信号进行读取,微悬臂梁的电容灵敏度可达2.5 fF/K,温度分辨率为0.1 K。     

微型发电机设计开发

本文对此微型发电机的整个设计过程进行研究,通过该微型发电机可以让炮弹发射过程中产生的机械能得到充分的利用,为今后同类电机的设计提供参考。炮弹在发射过程中会产生大量的机械能,如果能够将这些机械能利用起来,将其转化为电能存储到电容中,将能够为机械能转化为电能提供一定的借鉴。文中介绍了一种微型发电机,该微型发电机利用炮弹发射产生的后坐力,带动发电机永磁体运动,通过丝杆把永磁体的直线运动转化成旋转运动,在线圈中产生感应电动势,并对电容充电。