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电子功能材料湖北省中小企业共性技术研发推广中心

发布时间:2013-11-25      来源:admin       阅读次数:

       湖北大学电子功能材料研发推广中心成立于2005年4月,现有微纳传感材料与器件、新能源材料与器件、阻变存储器、LED等四个稳定的科研方向,具有显著特色。

 

       研究成果主要有:

       1.微纳传感材料与器件

       中心在此方向上着重开展铁电纳米材料与器件、半导体敏感材料与传感器、新型医用光电纳米结构与器件、无线传感网络、光电功能纳米材料器件、FBAR传感器等方面的研究工作。近年来取得了系列创新性的研究成果,在Chem. Rev., J. Mater. Chem., Nanomedicine, J. Hydrogen Energy, Crystal Growth & Design, Appl. Phys. Lett., J. Am. Ceram. Soc.等国际重要学术期刊上发表SCI论文140余篇,特邀英文专著2章,授权发明专利10余项。先后承担11项国家自然科学基金、2项科技部863计划项目子课题、3项教育部博士点基金、20余项省部级项目。获湖北省自然科学二等奖3次,三等奖1次,湖北省教学成果一等奖1次。

       低温烧结大功率压电陶瓷材料、高压电性高介电性压电陶瓷材料、低机电损耗压电陶瓷材料以及大各向异性压电陶瓷材料的研究已达国内外先进水平。

       a.与“蓝光电子实业有限公司”合作研究的高性能压电点火瓷柱,解决了原产品易劣化与机械强度低的技术问题,提高其性能与质量,克服该企业生产批量大、产品档次低及利润低的矛盾。该合作项目属中国民营企业国际人才智力(温州)交流大会协议项目。

       b.与“福建南安宏伟技术陶瓷厂”合作的新型电子功能材料开发研究,主要进行高强大氧化铝材料开发,该材料具有高硬度及高韧性,可大量应用于基片、轴封、阀片、磨球与球磨衬板。

       c.继续推广应用“军用舰载雷达显示系统YTB4.51.6型压电陶瓷高压开关”以及“新型军用雷达CRT显示器多路输出压电变压器高压变换器”,研制出一种新型、高效率、高可靠性的雷达CRT显示器高压开关电源,可广泛应用于我军沿海岸防雷达和炮瞄雷达。

 

       2.新能源材料与器件

       中心在此方向上着重围绕新型半导体纳米结构材料和太阳能电池、固体氧化物燃料电池、一维纳米结构的可控生长及在环境治理领域的应用、Pt系合金-半导体复合纳米材料和光催化产氢器件、低维氧化物材料等方面展开研究工作。相成果发表在ACS nano ,Chem. Mater, J. Mater. Chem., Scientific Reports, J. Power source, Appl. Catal. B: Environ.;Chem. Mater等具有国际一流刊物上。

       a、中心课题组一方面发展了热蒸发与电化学沉积相结合的新方法,制备出ZnO(核)/CdTe(壳)纳米电缆阵列太阳能电池复合电极,实现了量子点在纳米线表面的密堆积沉积,极大地提高了CdTe敏化ZnO太阳能电池的饱和光电流。另一方面,采用一维结构的TiO2纳米管作为光阳极同时结合多种工艺制备的高催化活性的Pt对电极组装“三明治” 结构的染料敏化太阳能电池器件。进一步的,为了提高器件的光电性能,我们还对TiO2纳米管进行修饰,制备出TiO2纳米管/ TiO2纳米颗粒,TiO2纳米管/ TiO2纳米颗粒/钝化层等复合结构的光阳极,组装出的电池效率高达10.3%,具有良好的应用前景。

       b、中心利用一种三明治结构作为致密层组装成钙钛矿型太阳能电池器件。其钙钛矿型太阳能电池结构为FTO/致密层/介孔层/钙钛矿CH3NH3PbI3/空穴传输层(HTM)/Au电极。组装的钙钛矿型太阳能电池填充因子达到70%,光电转化效率达到12.6%。钙钛矿材料及其电池制备所需设备简易,操作工艺简单,制作成本低廉,具有良好的产业化前景。

       c、开拓的创新型燃料电池(纳米复合功能材料的先进燃料电池)引领了国际燃料电池发展的新方向,尤其是2011年发明和研制的无电解质单层燃料电池具有重大的科学前瞻性和研究价值,被自然纳米技术(Nature Nanotechnology)选择为亮点报道。

 

       3、阻变存储器

       多媒体手段的广泛应用,对高性能、低能耗、大容量信息存储提出了更高的要求。目前广泛应用的硅基浮栅型闪存在不断微缩的过程中,由于尺寸的影响,将受到无法有效储存电荷的挑战,这激发了科研人员逐步开发新型的存储器件,中心研究团队一直致力于低维氧化物材料,如氧化锌,氧化镍,高介电材料(氧化铪,氧化钛,氧化钽等)薄膜和一维结构的研究。在大量材料的研究基础上,将它们应用于结构简单的阻变存储器并获得优异的存储性能,对于实现CMOS集成电路中高密度非挥发性存储具有重要意义。

       a、中心团队采用磁控溅射法制备了以ITO为电极的氧化铪基RRAM器件。发现器件呈现“自限流”的阻变特性,且采用ITO电极能够获得操作电压仅0.3 V。这为超低功耗的氧化物存储器件的研发奠定了可靠基础。相关成果发表在Applied Physics Express 等杂志上。

       b、中心着重对新一类RRAM材料的性能和存储机制进行了系统研究。发现多晶钙钛矿锰氧化物中存在巨大电致电阻效应,磁、电双调作用和EPIR效应,特别是在NdSrMnO中发现室温具有显著、抗疲劳性良好的EPIR效应,是一类具有良好应用前景的RRAM材料。通过系统、细致的实验和理论分析,揭示该效应由材料的非本征因素引起,并证明该效应源于电极与氧化物表面的接触肖特基势垒,而非晶粒之间的界面势垒。此外创新团队在钙钛矿结构氧化物和Hesuler合金薄膜及异质界面的电子自旋特性和磁电阻进行了卓有成效的研究。

       c、中心在超级电容器研究方面与十堰卡思特工贸有限公司合作,经过模组改造,新型电解液研究,开发出内阻为10 - 20 mohm,电容30 - 40 F,额定电压25 - 30 V,充电时间1.5 s - 3s(充电电流20 A),使用温度-40 oC - 60 oC的无机炭材料超级电容器,性能优于石家庄某公司同类产品,实现了产品对某军工单位供货。特别是目前对无机超容产品而言,低温使用窗口较窄,一般在零下20 oC。通过研究,我们实现无机系超级电容器在零下40 oC仍能进行正常的充放电,突破了无机超容的低温使用极限,对实现军车在严寒条件顺利点火具有重要意义。此外,小组“极低温动力型超级电容器的开发和应用”受到2014年南京321人才计划资助。

 

       4、LED

       随着行业的继续发展,技术的飞跃突破,应用的大力推广,LED的光效也在不断提高,价格不断走低,这些逐步的改变,都体现出了LED发光二极管在照明应用的前景广阔。本中心一直致力新型半导体光子器件的基础物性和材料设计、半导体微纳结构的电光、磁光效应和量子调控机理的研究,解决了LED照明应用的核心难题高功率密度导致的散热问题。

       a、中心研究了一种具有高导热性能的铝基板,该铝基板采用Al2O3陶瓷膜为绝缘层,从而避免了树脂胶膜绝缘层的使用,从而极大地降低了铝基板的热阻,消除了LED灯具中的散热瓶颈。该技术的关键点是Al2O3陶瓷膜的制备。其采用电化学阳极氧化法直接在铝板表面形成一层Al2O3陶瓷膜,工艺制程短,成本低。技术需要解决的问题包括降低膜层的漏电流、提高耐压值、提高抗热冲击性、解决蚀刻工序的兼容性等。制成的陶瓷膜铝基板整体热阻0.3-0.5kcm2/W,达到CPCA2010散热最高标准CALD。超厚陶瓷膜的生长:薄膜厚度最大可达110微米以上,膜层的耐压值最大6 kV。高抗电强度薄膜生长:抗电强度超过110V/um。高致密陶瓷膜:漏电流小,电阻率超过106 MΩcm。高韧性陶瓷膜:铝基板的耐260度热冲击、可钻、冲、铣等机加工。

       b、GaN基半导体照明器件的技术成果转化和市场推广,已获得多个产业化项目和人才项目的支持,实现产值上千万元,在光电子前沿技术的产业化和市场化领域进行了有益的尝试。

       c、新型半导体全光信息处理器件的设计、应用和交叉研究,这是未来十年光电子技术领域的重大应用需求,需要加强“产学研”合作打通转化渠道,为新型半导体材料和光量子调控机理的研究提供良好的支撑。

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