Author Affiliations
Abstract
1 Zhengzhou Research Institute, Harbin Institute of Technology, Zhengzhou 450000, P. R. China
2 Suzhou Research Institute, Harbin Institute of Technology, Suzhou 215104, P. R. China
3 School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, P. R. China
4 Defense Innovation Institute, Chinese Academy of Military Science, Beijing 100071, P. R. China
5 Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100193, P. R. China
6 Laboratoire Roberval, UTC, Sorbonne Universités, Université de Technologie de Compiègne, Centre de recherche Royallieu, CS60319, 60203 Compiègne Cedex, France
7 Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Daejeon 34141, Republic of Korea
8 School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, P. R. China
Aqueous zinc-ion batteries provide a most promising alternative to the existing lithium-ion batteries due to their high theoretical capacity, intrinsic safety, and low cost. However, commercializing aqueous zinc-ion batteries suffer from dendritic growth and side reactions on the surface of metallic zinc, resulting in poor reversibility. To overcome this critical challenge, here, we report a one-step ultrafast laser processing method for fabricating three-dimensional micro-/nanostructures on zinc anodes to optimize zinc nucleation and deposition processes. It is demonstrated that the three-dimensional micro-/nanostructure with increased specific surface area significantly reduces nucleation overpotential, as well as preferentially absorbs zinc ions to prevent dendritic protuberances and corrosion. As a result, the presence of three-dimensional micro-/nanostructures on the zinc metal delivers stable zinc plating/stripping beyond 2500 h (2 mA cm-2/1 mAh cm-2) in symmetric cells, a high Coulombic efficiency (99.71%) in half cells, and moreover an improved capacity retention (71.8%) is also observed in full cells. Equally intriguingly, the pouch cell with three-dimensional micro-/nanostructures can operate across various bending states without severely compromising performance. This work provides an effective strategy to construct ultrafine and high-precision three-dimensional micro-/nanostructures achieving high-performance zinc metal anodes and is expected to be of immediate benefit to other metal-based electrodes.
南京南瑞继保电气有限公司, 江苏 南京 211102
为研究光学器件对全光纤电流互感器温度稳定性的影响, 分析了起偏器、直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串扰对全光纤电流互感器的精度的影响。对每种光学器件, 在其环境温度变化范围为-40～+70 ℃时, 测试了起偏器输出光消光比变化, 以及直波导相位调制器、延时光纤线的偏振串音变化情况; 也测试了对应的全光纤电流互感器的精度变化情况。测试结果表明, 直波导相位调制器、延时光纤线因环境温度变化引起的偏振串扰会引起全光纤电流互感器的精度变化, 其中直波导相位调制器是决定全光纤电流互感器的温度稳定性的关键器件。
全光纤电流互感器 温度稳定性 偏振串扰 相位调制器 起偏器 延时光纤线 fiber optic current transformer temperature stability polarization crosstalk phase modulator polarizer PM fiber delay line
哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
基于聚酰亚胺(polyimide，PI)膜的激光诱导石墨烯(laser-induced graphene，LIG)电极因其制备简单、可扩展性强等优势而逐渐得到了广泛的关注，但较低的能量密度限制了它的进一步应用。为了提升LIG电极的电化学性能，首先研究了激光功率和扫描速度对PI膜碳化效果的影响。在此基础上，在PI膜表面喷涂RuCl3晶体，通过飞秒激光直写技术制备指间距为20 μm的LIG/RuO2复合电极，组装了超级电容器，并对电极微纳结构以及元素成分进行了表征分析。在10 mV/s的电压扫描速率下，LIG/RuO2超级电容器的面积容量为4.9 mF/cm2，是LIG超级电容器的4.85倍，同时具有良好的能量密度(在0.1 mA/cm2的电流密度下为0.173 μW·h/cm2)。研究结果表明，飞秒激光直写技术可以实现LIG/RuO2复合电极的灵活和可扩展制备，在微电子器件以及可穿戴电子设备领域有广阔的应用前景。
激光制造 飞秒激光直写 激光诱导石墨烯 RuO2 超级电容器 中国激光
2022, 49(16): 1602016
1 哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
随着我国航空航天、微电子和医疗等领域的快速发展，组成元件逐步迈向微型化和精细化，这对零部件的切割以及微米级孔、槽等结构的加工质量和加工精度提出了更高要求。与传统的机械加工、电火花加工和电化学加工相比，激光加工可实现“非接触”加工，加工材料的适应性好、柔性大。但单一的激光加工得到的切口存在明显的锥度，且易出现热影响区、毛刺、裂纹等缺陷。水导激光加工技术利用水射流“同轴”全反射导引激光，兼具高质量和高效加工的优势，因而得到了广泛研究和应用。为对水导激光加工技术进行较为详尽的综述，本文首先讨论了水射流的形成、衰减和发散过程，然后从水的光学特性、全反射形成条件以及耦合能束传输等方面对激光-水射流耦合进行了分析，最后介绍了水导激光在金属、半导体以及复合材料等领域的应用现状，并针对现有技术的不足，对其发展趋势进行了展望。
中国激光
2022, 49(10): 1002404
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
纳米操作技术是实现纳米材料位移、排布、形变等操作的关键方法,也是一种“自下而上”制造性能优异的纳米结构及纳米电路的重要技术手段,同时也为新型纳米器件的研发提供了新思路。本文主要对基于扫描探针显微镜、电子显微镜的纳米操作技术以及光镊技术的研究进展进行了介绍及总结,简单阐述了三种操作技术的基本原理及特点,并在此基础上分析了不同操作技术存在的问题,介绍了几种典型的操作系统和操作策略的改进方法,进一步概括了三种操作技术在纳米材料测试及器件制造中的应用。最后针对三种操作技术的优势、适用范围以及目前仍存在的问题进行分析与总结,探讨了三种操作技术的适用范围,并对不同操作技术的结合进行了展望。
激光光学 光镊或光操作 纳米操作 扫描探针显微镜 电子显微镜 纳米器件
1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
近年来,纳米线在纳米电子学、纳米光子学、纳米医学和纳米机电系统等领域的应用逐渐广泛,纳米线的连接已经成为未来器件小型化和集成化的关键问题。为了实现良好的纳米线互连,提出了一种基于扫描电子显微镜(SEM)的纳米线-纳米钎料原位互连结构组装、钎焊互连的方法。利用开发的SEM纳米操作平台,实现了直径为100 nm左右的ZnO纳米线与直径为180~300 nm的Ag纳米钎料的同基底互连结构组装。利用SEM聚焦电子束辐照熔融纳米钎料实现了纳米线钎焊互连,利用双探针纳米操作系统对焊接后的纳米线进行电流-电压(I-V)测试,钎焊后的纳米互连结构成功实现电流导通。
集成光学 钎焊 纳米操作 纳米线互连 组装 电子束辐照
1 教育部微系统与微结构制造重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
氧化石墨烯的还原与表面结构化有助于提升传感器、储能器等微型电子器件的性能。相比于其他工艺手段,采用飞秒激光辐照方法可以快速实现氧化石墨烯的同步还原和表面纳结构成型。本文首次对比了1030 nm和257 nm两种飞秒激光波长辐照下氧化石墨烯的形貌与结构特征,发现1030 nm激光辐照产生的条纹周期纳结构主要由入射激光与表面等离激元干涉作用而形成,257 nm激光辐照产生的沟槽微纳结构主要归因于光化学作用。通过拉曼测试和电化学阻抗谱分析表明,相比于257 nm激光作用,1030 nm激光辐照下氧化石墨烯还原程度更高,电极反应过程中接触电阻更小且有利于电荷转移和离子的扩散。
激光技术 飞秒激光 氧化石墨烯 纳结构 电化学性能
哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
我国航空、航天等领域的发展推动着全光通信、光信息处理等技术的不断革新。光波导器件作为关键一环,其制备工艺对性能的影响至关重要。超快激光作为一种新型的激光光源,具有极高的能量密度和极短的脉宽,这些特性使得超快激光加工后几乎无热影响区、重铸层等缺陷残留。将超快激光用于制备光波导器件已成为工业界研究的热门领域之一。本文首先阐述了超快激光与常用波导材料的微观作用机理。针对国内外学者利用超快激光制备无源光波导器件的相关研究进行系统综述,详细阐述了光路变换器、功率分配器和波导型透镜等典型无源光波导器件的超快激光制备方法和器件性能;结合当前研究进展和面临的主要问题的分析,对未来超快激光制备无源光波导器件技术的发展方向进行展望。
激光技术 超快激光 无源光波导器件 制备工艺 器件性能
分布式光纤测温系统中不仅有白噪声干扰, 还有周期性噪声干扰, 而传统的采样累加平均方法仅能消除白噪声干扰。提出一种在采样累加过程中对采样周期内各点累加的方法, 判断和滤除采样周期内的周期性信号。测温实验结果表明, 通过在累加过程中设置判据消除周期性噪声, 分布式光纤测温系统的精度得到了大幅提高。
分布式光纤测温系统 分布式光纤温度传感器 周期性噪声 白噪声 解调 distributed optical fiber temperature measurement distributed fiber temperature sensor periodic noise white noise demodulation
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Mechanical and Electrical Engineering, School of Aerospace Engineering, Xiamen University, Xiamen 361102, China
2 Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore 117576
3 School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
4 College of Mechanical and Electrical Engineering, Wenzhou University, Wenzhou, 325035, China
A novel spatial double-pulse laser ablation scheme is investigated to enhance the processing quality and efficiency for nanosecond laser ablation of silicon substrate. During the double-pulse laser ablation, two splitted laser beams simultaneously irradiate on silicon surface at a tunable gap. The ablation quality and efficiency are evaluated by both scanning electron microscope and laser scanning confocal microscope. As tuning the gap distance, the ablation can be significantly enhanced if the spatial interaction between the two splitted laser pulses is optimized. The underlying physical mechanism for the interacting spatial double-pulse enhancement effect is attributed to the redistribution of the integrated energy field, corresponding to the temperature field. This new method has great potential applications in laser micromachining of functional devices at higher processing quality and faster speed.
double-pulse laser ablation efficiency quality Opto-Electronic Advances
2018, 1(8): 180014
