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一种自驱动、透明、柔性的人机交互轨迹追踪智能微系统

2021-04-30

科学中国人·下旬刊 2021年2期
关键词:器件成果系统

一种自驱动、透明、柔性的人机交互轨迹追踪智能微系统

电子科技大学电子学院张晓升教授课题组提出一种电极小型化策略,实现其高透光性和高电能输出的集成一体化,进而实现高灵敏透明轨迹追踪自驱动智能微系统。相关成果发表于Nano energy。纳米发电机(TENG)已被证明是一种可靠的微纳能源,而且由于其自身具有“供电+功能”集成化的独特特性,可以作为自驱动传感器和自驱动执行器来构建智能人机交互微系统。研究显示,在缩小2/3电极面积的情况下,新型微纳能源采集器件的电学输出仍能保持高度稳定。这种电极小型化策略使器件具有更高的光透率和更低的信号干扰,使其在自驱动智能微系统领域,特别是在需要优异光学性能的领域显示出潜力。

纤维素合成甲基环戊二烯新方法

中国科学院大连化学物理研究所催化与新材料研究室李宁研究员、张涛院士团队实现纤维素基3-甲基-2-環戊烯酮(MCP)直接加氢脱氧合成甲基环戊二烯(MCPD)。相关成果发表于Nature Communications。MCPD是火箭燃料RJ-4的生产原料,同时还被应用于生产各种产品,例如医药产品、汽油抗爆剂、环氧树脂固化剂及染料添加剂等。目前,MCPD主要从石油裂解焦油的副产物中制取,收率低价格高,极大地限制了它的应用。实验结果表明,MCP在气相加氢脱氧过程中,部分还原的锌-钼氧化物催化剂在碳-碳双键存在下优先与碳-氧双键发生相互作用,并高选择性地形成二烯产物MCPD(碳收率为70%)。

世界最“亮”白光有机电致发光二极管

西安交通大学吴朝新教授组与合作团队研发出世界最“亮”的白光有机电致发光二极管。相关成果发表于Nano Energy。相比白光LEDs,白光有机电致发光二极管(WOLEDs)的功率效率仍然偏低,一定程度上限制了WOLEDs的固态照明应用。首先开发出一种基于超厚有机多异质结空穴传输层的反型底发射WOLEDs器件结构,同时实现了高效的空穴注入和等离子体模式能量损失的抑制。在空穴传输层厚度为240nm的超厚反型器件中,实现了228.4lm/W的峰值正向功率效率,相比空穴传输层厚度为60nm的器件,功率效率提高了57%。同时,在1000cd/m的亮度下,实现了166.3lm/W的峰值正向功率效率。

高效稳定钙钛矿太阳能电池模块研究

上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室教授韩礼元、副教授陈汉团队在高效稳定大面积模块研究方面取得进展。相关成果发表于Advanced Energy Materials。研究者通过新方法保证了空穴传输层稳定的p型半导体性质与空穴提取及传输能力。进一步制备了可规模化的无掺杂异质结,该结构由富碘表面的无甲铵钙钛矿吸光层、桥连的超薄BJ-GO纳米片中间层以及无掺杂的空穴传输层组成。最终,采用这种无掺杂异质结的大面积钙钛矿电池模组(35.80cm2)获得15.3%的第三方认证光电转换效率。封装的钙钛矿模块的效率和功率均通过了实验室有关湿热试验。

钙钛矿光伏器件“埋底界面”研究进展

北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”朱瑞研究员、龚旗煌院士与英国萨里大学张伟教授合作,阐明了“埋底界面”中“微结构-化学分布-光电功能”的科学关系,指出“埋底界面”非辐射复合能量损失的主要来源,建立了钙钛矿光伏器件“埋底界面”的可视化研究平台。相关成果发表于Advanced Materials。论文对钙钛矿多晶薄膜“埋底界面”的微区形貌、化学组分、电子结构及光物理性质进行了充分分析,创新发展了多晶薄膜无损剥离技术、原位共聚焦荧光成像技术等,为今后研究多晶薄膜的底面特性提供了通用平台;研究也发现了薄膜底部的异质性,揭示了薄膜底部大量非辐射复合区域的主要来源。

集成存储计算的铁电晶体管技术

复旦大学微电子学院周鹏教授团队发现了新型二维铁电半导体在集成电路领域的应用方案,实现了铁电存储计算技术的原始创新,提供了发展存算融合系统的器件范式。相关成果发表于Nature Communications。研究团队开发出集成存储和计算能力的二维铁电沟道晶体管(2D FeCTs),不同于传统FeFETs,FeCTs直接将二维铁电半导体作为晶体管沟道,而非栅极介电层。此外,二维铁电半导体中天然存在的移动电荷可以形成一个内建电场,从而有效屏蔽铁电半导体内部的去极化场,使传统FeFETs的抗疲劳特性改善,电荷俘获和泄漏电流效应消除,最终实现铁电存储器性能优化。

超低冰黏附强度的超疏水抗结冰表面

清华大学材料学院钟敏霖教授团队利用超快激光微纳制造结合化学氧化方法,制备出独特的三级微纳米结构超疏水表面,具有优异的超疏水稳定性和防结冰性能,其冰黏附强度最低为1.7MPa。相关成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces。超低冰黏附强度超疏水表面依靠自身的不沾水防冰性能和冰自动脱落的优异疏冰性能,可以在不消耗能量、不增加复杂结构的情况下提升防除冰能力、有效减缓结冰危害,因而更具发展潜力,是目前领域的热门方向。钟敏霖团队发展的方法,经过10次推冰测试后,制备表面的冰黏附强度依然不高于10kPa,表明三级微纳超疏水表面具有较好的推冰机械耐久性。

新型柔性无线可穿戴手势翻译系统

重庆大学光电工程学院杨进教授团队研制了一款柔性无线可穿戴手势翻译系统,手语识别率达98.63%。相关成果发表于Nature Electronics。该系统由螺旋芯鞘型可拉伸传感阵列和无线电路模块组成;螺旋芯鞘型可拉伸传感阵列最大拉伸应变可达100%,同时具备高灵敏度、快速响应时间以及良好的机械和化学稳定性,可以舒适地贴附在皮肤表面实现关节运动信息和表情变化实时、精确的捕捉;结合无线电路模块与机器学习算法,该系统可以将手语手势直接转换为语音进行输出,系统的识别准确率高,平均识别时间小于1秒,同时系统的总重量仅为25.8克,提高了手语翻译系统的可穿戴性及实用性。

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