赫茲的案例
航天制造中的電鑄技術(shù)：毫米波/太赫茲器件
繼上期閱讀：
航天制造中的電鑄技術(shù)（一）：液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室
毫米波/太赫茲器件
通常將頻率處于30~300 GHz的電磁波稱為毫米波，將頻率處于300 GHz至10 THz的波稱為太赫茲波。毫米波與太赫茲波技術(shù)在空間、航天等領(lǐng)域中具有獨(dú)特而顯著的應(yīng)用。毫米波技術(shù)不僅應(yīng)用于精確制導(dǎo)和導(dǎo)航，而且毫米波雷達(dá)得益于其較高的分辨率，可作為地基監(jiān)測系統(tǒng)的補(bǔ)充，用于監(jiān)測厘米級(jí)乃至毫米級(jí)的微小空間碎片。由于當(dāng)前隱身飛行器的隱身效果主要針對(duì)厘米波，毫米波還具有優(yōu)異的反隱身性能。
太赫茲技術(shù)在21世紀(jì)得到了飛速發(fā)展，在軍事領(lǐng)域天基監(jiān)視雷達(dá)搭載的太赫茲設(shè)備穿透性強(qiáng)，可用于對(duì)地面的高分辨率成像；在天文領(lǐng)域，太赫茲波在宇宙空間中傳輸損耗較低，基于太赫茲技術(shù)的天文望遠(yuǎn)鏡具有更低的噪聲背景，能接受到更豐富的信息。
展開 球體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)
首先，更正個(gè)錯(cuò)誤：在上一篇公眾號(hào)文章《平行圓柱體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)》赫茲公式的插圖中，球體赫茲接觸的計(jì)算公式出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在此為自己的疏忽向讀者們表示歉意！正確的計(jì)算公式如下：
在上一篇公眾號(hào)中，我們一起討論了平行圓柱體的赫茲接觸計(jì)算方法及其有限元計(jì)算方法。我們發(fā)現(xiàn)：在控制好所有條件以后，使用ANSYS計(jì)算出的赫茲接觸應(yīng)力（壓力）與使用赫茲公式計(jì)算出的應(yīng)力結(jié)果幾乎完全一致；接觸面半寬的計(jì)算結(jié)果誤差也在可接受的范圍之內(nèi)。今天，我們一起討論下球體的赫茲接觸計(jì)算方法及ANSYS實(shí)現(xiàn)。
我們以兩個(gè)直徑為100mm，
泊松比為0.3、彈性模量為200Gpa的
球體為例，假設(shè)外載F=1000N，分別基于
赫茲公式和
ANSYS軟件計(jì)算一下接觸面面半徑和最大接觸應(yīng)力：
一、基于赫茲公式的計(jì)算：
同樣，對(duì)于赫茲公式的計(jì)算，筆者編了一個(gè)簡單的Python小程序，程序代碼如下：
根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，該問題中兩物體的接觸面半寬為0.5546mm，遠(yuǎn)小于接觸物體的結(jié)構(gòu)尺寸，因此
符合赫茲公式的假設(shè)。
二、基于ANSYS軟件的計(jì)算：
使用ANSYS計(jì)算時(shí)，只需要在公眾號(hào)文章《平行圓柱體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)》基礎(chǔ)上，做如下修改即可：
Step1
平面分析設(shè)置修改
將Step5中的2D Behavior修改成Axisymmetric（軸對(duì)稱）。
Step2
刪除軸對(duì)稱設(shè)置
將Step6中的軸對(duì)稱設(shè)置刪除。
展開 ANSYS Workbench赫茲接觸分析實(shí)例
1881 年 H.R.赫茲最早研究了玻璃透鏡在使它們相互接觸的力作用下發(fā)生的彈性變形。他假設(shè)：
① 接觸區(qū)發(fā)生小變形。
② 接觸面呈橢圓形。
③ 相接觸的物體可被看作是彈性半空間，接觸面上只作用有分布的垂直壓力。
凡滿足以上假設(shè)的接觸稱為赫茲接觸。當(dāng)接觸面附近的物體表面輪廓近似為二次拋物面，且接觸面尺寸遠(yuǎn)比物體尺寸和表面的相對(duì)曲率半徑小時(shí)，由赫茲理論可得到與實(shí)際相符的結(jié)果。在赫茲接觸問題中，由于接觸區(qū)附近的變形受周圍介質(zhì)的強(qiáng)烈約束，因而各點(diǎn)處于三向應(yīng)力狀態(tài)，且接觸應(yīng)力的分布呈高度局部性，隨離接觸面距離的增加而迅速衰減。此外，接觸應(yīng)力與外加壓力呈非線性關(guān)系，并與材料的彈性模量和泊松比有關(guān)。
1
問題描述
圖1 兩圓柱體接觸及軸線平行的兩圓柱體相接觸的壓力分布
軸線平行的兩圓柱體接觸時(shí)，變形前二者沿一條直線接觸，受壓力P后，接觸處發(fā)生了彈性變形，接觸線變成寬度為2b的矩形面，接觸面上的單位壓力按橢圓柱規(guī)律分布。變形最大的X軸上壓力最大，以P0表示，接觸面上其余各點(diǎn)的壓力按半橢圓規(guī)律分布。
最大單位壓力：
由赫茲公式知：
代入上式得：
若兩圓柱體均為鋼時(shí)，E1＝E2＝E，μ1＝μ2＝0.3，取則接觸應(yīng)力為：
本例將用有限元分析的方法，計(jì)算兩圓柱體的接觸應(yīng)力，并與赫茲接觸理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證有限元計(jì)算的仿真方法。
展開 ANSYS workbench 赫茲非線性接觸分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)赫茲接觸的二維模型處理
2、學(xué)習(xí)赫茲非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性靜力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)赫茲接觸靜力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 赫茲非線性接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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平行圓柱體的赫茲接觸計(jì)算與ANSYS實(shí)現(xiàn)
1882年，年僅25歲的德國天才物理學(xué)家赫茲發(fā)表了關(guān)于接觸力學(xué)的著名文章《關(guān)于彈性固體的接觸（On the contact of elastic solids）》，系統(tǒng)地闡述了兩物體之間接觸面上所傳遞的壓力分布，以及它所引起的垂直于接觸面的彈性位移在接觸區(qū)內(nèi)、外的關(guān)系。另外，赫茲在這篇論文中提出了有關(guān)彈性體接觸的理論公式——赫茲公式。
赫茲
海因里希·魯?shù)婪颉?em>赫茲是德國天才物理學(xué)家，畢業(yè)于柏林大學(xué)，師承古斯塔夫·基爾霍夫（德國物理學(xué)家，在電路、光譜學(xué)的基本原理有重要貢獻(xiàn)）和赫爾曼·范·亥姆霍茲（能量守恒定律的創(chuàng)立者）。
赫茲在波動(dòng)方程、光電效應(yīng)和接觸力學(xué)等領(lǐng)域都做出了杰出的貢獻(xiàn)，尤其是他于1888年首次通過實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，成為了近代科學(xué)史上的一座里程碑，開創(chuàng)了無線電電子科學(xué)技術(shù)的新紀(jì)元。
正當(dāng)人們對(duì)他寄以更大期望時(shí)，他卻于1894年元旦因血中毒逝世，年僅36歲。為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字來命名各種波動(dòng)頻率的單位—赫茲（Hz）。頻率也是國際單位制中頻率的單位，它是每秒中周期性變動(dòng)重復(fù)次數(shù)的計(jì)量。
圖為赫茲及夫人伊麗莎白
赫茲公式是研究疲勞、摩擦以及任何有接觸體之間相互作用的基本公式。接觸理論指出：接觸表面上所承受的壓應(yīng)力是處處不同的，其分部呈半橢圓柱形。初始接觸線處壓應(yīng)力最大，以此最大壓應(yīng)力代表兩零件間接觸受力后的應(yīng)力。
展開 “三合一”石墨烯基太赫茲探測器問世 該設(shè)備可用于醫(yī)療研究與宇宙探索
新型石墨烯基太赫茲探測器（概念圖）
圖片來源：MIPT官網(wǎng)
據(jù)俄羅斯莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（MIPT）官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設(shè)備既可充當(dāng)靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。
太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波，具有穿透性強(qiáng)、安全性高、定向性好等優(yōu)勢，有望用于醫(yī)療、宇宙探索等領(lǐng)域。但現(xiàn)有太赫茲探測器存在效率低下的問題，主要是因?yàn)樘?em>赫茲波與檢測元件（晶體管）之間尺寸不匹配。晶體管僅百萬分之一米，而太赫茲輻射的波長是其100倍，導(dǎo)致太赫茲波從探測器身邊溜走。
1996年，科學(xué)家提出了一個(gè)解決辦法：將入射波能量壓縮到與檢測器大小相當(dāng)?shù)捏w積內(nèi)。為此，探測器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來說，在波的諧振下，這種探測器的效率會(huì)得到進(jìn)一步提升。
但實(shí)現(xiàn)這種探測器比預(yù)期更難。原因在于：在大多數(shù)半導(dǎo)體材料中，由于電子與雜質(zhì)的碰撞，等離激元會(huì)快速衰減。石墨烯被認(rèn)為可解決問題，但其還不夠潔凈。
在最新研究中，科學(xué)家解決了這個(gè)問題。他們制造了一個(gè)光電探測器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線發(fā)生耦合。在這個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)中，雜質(zhì)被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結(jié)構(gòu)使波速可在一個(gè)寬范圍內(nèi)調(diào)諧。
新設(shè)備實(shí)際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過電壓調(diào)諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎(chǔ)研究：在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流，展示出了等離激元的特性。
展開 西門子60赫茲版本的新型HL級(jí)重型燃機(jī)獲市場突破
導(dǎo)讀：近日，西門子表示，60赫茲的SGT6-9000HL級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)，將于2020年在美國杜克能源公司的林肯縣燃機(jī)電廠進(jìn)行測試和驗(yàn)證。
之前，西門子已經(jīng)宣布收到了50赫茲SGT-9000HL重型燃?xì)廨啓C(jī)的首臺(tái)訂單，該新型燃?xì)廨啓C(jī)將交付蘇格蘭能源公司SSE，用于英國林肯郡的新燃機(jī)電廠Keadby 2。
自西門子2017年正式宣布推出HL級(jí)新一代重型燃?xì)廨啓C(jī)以來，西門子研發(fā)的新型HL級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)組件和技術(shù)開始陸續(xù)在德國柏林的西門子測試電廠進(jìn)行了大量測試，與此同時(shí)，西門子還在柏林附近的西門子清潔能源中心和世界其它地方進(jìn)行臺(tái)架試車。
這些大量的試驗(yàn)測試將幫助西門子能夠確認(rèn)新型燃機(jī)的性能提升情況，西門子表示，目前50赫茲版本的SGT5-8000HL級(jí)重型燃機(jī)單機(jī)功率為481 MW（聯(lián)合循環(huán)1×1輸出功率為708 MW）；50赫茲版本的SGT-9000HL級(jí)重型燃機(jī)單機(jī)功率為567 MW（聯(lián)合循環(huán)1×1輸出功率為841 MW）；60赫茲版本的SGT-9000HL級(jí)重型燃機(jī)單機(jī)功率為388 MW（聯(lián)合循環(huán)1×1輸出功率為577 MW）；
目前，這些新型HL級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率都大于63%，這也是新一代HL級(jí)重型燃機(jī)的重要標(biāo)志，然而，西門子還堅(jiān)持認(rèn)為，這些風(fēng)冷型的4級(jí)渦輪工業(yè)巨獸的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率門檻還有進(jìn)一步的提升空間。
西門子HL級(jí)重型燃機(jī)產(chǎn)品負(fù)責(zé)人Koljia Schwarz解釋說，美國杜克能源公司的林肯縣燃機(jī)電廠將使用西門子的首臺(tái)60赫茲版本的SGT-9000HL級(jí)重型燃機(jī)，預(yù)計(jì)將在2020年開始進(jìn)行廣泛的測試和驗(yàn)證計(jì)劃。
展開 微納級(jí)3D打印：中國計(jì)量大學(xué)嚴(yán)德賢課題組《Results in Physics》，基于太赫茲波段的負(fù)曲率軌道角動(dòng)量光纖
增大通信網(wǎng)絡(luò)的容量和提高通信速度的一種方法是開發(fā)太赫茲(Terahertz, THz)波段的光纖通信空間維度。太赫茲波是介于微波和紅外光之間的一種電磁波，頻率介于0.1THz到10THz之間，由于它帶寬大和傳輸速度快以及可以提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而備受關(guān)注。而在空間維度資源中，基于軌道角動(dòng)量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分復(fù)用技術(shù)由于攜帶不同拓樸荷數(shù)的相互正交的軌道角動(dòng)量模式成為擴(kuò)大通信容量的一種非常有潛力的方案。軌道角動(dòng)量具有全新的電磁波自由度特性，具有軌道角動(dòng)量特性的電磁波可以在常用的信息傳輸方式，如波分復(fù)用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振復(fù)用（Polarization Multiplexin，PM）、時(shí)分復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息傳輸方式上成倍的提高信息傳輸容量。
近日，中國計(jì)量大學(xué)嚴(yán)德賢課題組提出了基于太赫茲波段的負(fù)曲率軌道角動(dòng)量光纖。該光纖以重慶摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高溫樹脂）為基底，采用兩層傾斜橢圓管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過引入環(huán)芯區(qū)域在0.4-0.8THz波段成功產(chǎn)生50-52個(gè)OAM模式，且在所研究的波段內(nèi)獲得了高模式純度、低限制損耗和低波導(dǎo)色散等傳輸特性，相關(guān)研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes forterahertz wave transmission”為題發(fā)表在《Results in Physics》。
圖1.3D打印負(fù)曲率軌道角動(dòng)量光纖結(jié)構(gòu)圖
圖1展示了基于摩方精密nanoArch S140打印技術(shù)的3D打印光纖樣品圖。
展開 《ACS Nano》基于纖維素納米纖維的太赫茲雙折射的導(dǎo)電仿生氣凝膠
有效利用CNF，MXene和層狀孔，使氣凝膠在太赫茲（THz）范圍內(nèi)具有異常高的雙折射性。
在0.4 THz時(shí)，雙折射值高達(dá)0.09-0.27，可與大多數(shù)商業(yè)THz雙折射材料（如液晶）相比較，后者易崩解，成本高且制備過程復(fù)雜。
不同MXene含量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)? 型以及與銀納米線或碳納米管嵌入的
CNF氣凝膠的實(shí)驗(yàn)比較表明，嵌入的納米材料的固有電導(dǎo)率和含量，氣凝膠孔隙率和層狀細(xì)胞壁會(huì)影響光學(xué)性質(zhì)，例如太赫茲雙折射和吸收。
生物聚合物氣凝膠中光學(xué)各向異性的確定為進(jìn)一步探索超輕，獨(dú)立和低成本仿生多孔結(jié)構(gòu)基于THz器件奠定了基礎(chǔ)。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1.
（a）由可再生生物質(zhì)制備CNF的示意圖，以及（b）CNF的TEM圖像。（c）TEM（插圖顯示MXene水分散體）和（d）制備的MXene層的AFM圖像，在橫截面位置具有相應(yīng)的高度輪廓插圖。（e）混合的CNF/MXene前驅(qū)體分散體和相應(yīng)的凍干層狀多孔支架的冷凍過程，該層狀多孔支架具有大規(guī)模排列的層狀孔/細(xì)胞壁。（f）密度為20 mg/cm
3
的層狀多孔MXene/CNF氣凝膠和（g）相應(yīng)的MXene嵌入的CNF雜化細(xì)胞壁（e，底部）的SEM圖
像。
（h）基于CNF的氣凝膠的XRD圖譜，（i）MXene/CNF含10 wt％MXene的氣凝膠在平行于且垂直于層狀細(xì)胞壁的方向上的典型壓縮曲線，以及（j）MXene中各種MXene含量的電導(dǎo)率/CNF氣凝膠和相應(yīng)的MXene/CNF固體薄膜。
圖
2.
（a）用于提取光學(xué)特性的THz-TDS設(shè)置的示意圖。（b）參考和樣品的太赫茲電場。（c）使用傅里葉變換提取的參考和樣品的太赫茲光譜。（d）相對(duì)于細(xì)胞壁的兩個(gè)主要THz極化（電場）方向的示意圖φ= 0°和φ= 90°。
展開 基于ANSYS Workbench軟件Convergence工具判定求解收斂的簡例——【鋼絲繩赫茲接觸分析】
基于ANSYS Workbench軟件Convergence工具判定求解收斂的簡例-【鋼絲繩赫茲接觸分析】
本文以“鋼絲繩赫茲接觸分析”為例，講解如何采用Convergence工具判定求解收斂的方法。
本文為原創(chuàng)案例，若要轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明文章出處，并附帶作者筆名-CAE夢想很偉大，切勿他用。
另外限于本人水平有限，切勿輕易用于工程應(yīng)用，論文撰寫等。若有錯(cuò)誤，請(qǐng)同行指出。
歡迎大家轉(zhuǎn)載、點(diǎn)贊、評(píng)論。
網(wǎng)格劃分的細(xì)密程度與單元的選擇對(duì)于求解的精確程度具有相當(dāng)大的影響，不少帖子都曾經(jīng)撰寫過相關(guān)文章的比較，例如包括網(wǎng)格劃分的細(xì)密，單元的選擇，子模型的使用，應(yīng)力奇異的判定等，這里通Convergence工具來自動(dòng)判定網(wǎng)格的細(xì)密程度，得到一個(gè)收斂解。
技術(shù)鄰咨詢鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/b/280
模型幾何
接觸關(guān)系
初始網(wǎng)格劃分
邊界條件
設(shè)置求解后處理，等效應(yīng)力引入Convergence，判定收斂，判定量為2%以內(nèi)收斂。
通過上圖1-6的求解過程比對(duì)可知，初始網(wǎng)格的等效應(yīng)力隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量和單元的增加，應(yīng)力逐步穩(wěn)定，得到收斂的穩(wěn)定解。且穩(wěn)定解的應(yīng)力明顯比粗糙網(wǎng)格應(yīng)力高，符合赫茲接觸。
收斂解與初始網(wǎng)格定義的網(wǎng)格密度比對(duì)
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展開 FF回應(yīng)落戶湖北；赫茲租車IPO；奔馳召回EQC；新比亞迪唐曝光；特斯拉本地生產(chǎn)近100%
02
全球最大汽車租賃公司赫茲租車 將在美上市 最高募資約為11億美元
格隆匯11月9日丨赫茲租車(HTZ.US)今晚在美國納斯達(dá)克上市，招股范圍為25至29美元，發(fā)行3710萬股，最高募資約為11億美元。在擬議范圍的中點(diǎn)，赫茲全球控股的市值將達(dá)到139億美元。赫茲租車成立于1918年，是一家汽車租賃及設(shè)備租賃公司，主要通過Hertz、Dollar和Thrifty品牌在全球范圍內(nèi)提供車輛租賃服務(wù)，目前是全球最大的汽車租賃上市公司。
03
特斯拉陶琳：希望在中國本地化生產(chǎn)率近100%
澎湃新聞 “希望在不久的將來，不僅中國制造的（特斯拉）車型可以達(dá)到近100%的本地化生產(chǎn)率，或許還可以見證完全由中國團(tuán)隊(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)并生產(chǎn)制造的（特斯拉）車型行駛在中國公路上。”第四屆進(jìn)博會(huì)期間，特斯拉全球副總裁陶琳在接受澎湃新聞?dòng)浾邥娌稍L時(shí)表示。本次進(jìn)博會(huì)，特斯拉不僅把上海工廠“搬”到了展館中，還展出了中國本土化最新成績，囊括了充電網(wǎng)絡(luò)、門店布局、研發(fā)中心的3大版塊。陶琳表示，“連續(xù)4次參展，作為進(jìn)博會(huì)的‘固定嘉賓’，特斯拉切實(shí)感受到經(jīng)濟(jì)全球化是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不變趨勢。
展開 
赫茲接觸計(jì)算公式
對(duì)兩個(gè)彈性體接觸處應(yīng)力狀態(tài)的令人滿意的分析，是由赫茲首先提出的。
1.赫茲彈性接觸理論
1.1.假設(shè)條件
1）材料是均勻的、各向同性的、完全彈性的；
2）接觸表面的摩擦力可以忽略不計(jì)（即作用力與接觸面垂直）；
3）接觸表面是理想的光滑表面，接觸區(qū)的尺寸遠(yuǎn)小于物體的尺寸；
4）小應(yīng)變。
1.2.應(yīng)用的三個(gè)基本原理
1.2.1.變形方程
1）點(diǎn)接觸物體受力后其接觸表面為橢圓；
2）線接觸物體受力后其接觸表面為矩形；
3）兩個(gè)接觸物體的變形符合變形連續(xù)條件。
1.2.2.物理方程
由于材料處于彈性階段且服從胡克定律，因此接觸表面上的應(yīng)力的變化規(guī)律與接觸體的應(yīng)變成線性關(guān)系，在應(yīng)變最大的接觸表面中心壓應(yīng)力最大。Hertz假設(shè)接觸表面的壓應(yīng)力分布為半橢圓體。
1.2.3.靜力平衡方程
根據(jù)接觸表面壓應(yīng)力分布規(guī)律求得表面接觸壓力所組成的合力應(yīng)等于外加載荷。
1.3.赫茲接觸應(yīng)力公式
1.3.1.線接觸（單位長度上載荷P）
半接觸寬度，
平均接觸應(yīng)力，
最大接觸應(yīng)力，
1.3.2.圓形點(diǎn)接觸（載荷P）
接觸圓半徑，
壓縮量，
平均接觸應(yīng)力，
最大接觸應(yīng)力，
1.3.3.橢圓形點(diǎn)接觸（載荷P）
平均接觸應(yīng)力，
最大接觸應(yīng)力，
2.典型接觸物體計(jì)算公式
2.1.圓形點(diǎn)接觸
2.1.1.接觸面半寬
2.1.2.最大接觸應(yīng)力
平均接觸應(yīng)力為F/πc2；最大接觸應(yīng)力為平均接觸應(yīng)力的1.5倍。
平面與球接觸時(shí)，取平面曲率半徑為無窮大。圓球與凹球接觸時(shí)，將凹球曲率半徑取為負(fù)值。
由以上兩式可見，最大接觸壓應(yīng)力與載荷不是線性關(guān)系，而是與載荷的立方根成正比。
展開 6G帶來的芯片機(jī)會(huì)
為了增加通信帶寬，最直接的方法就是提升載波頻率，而這也是太赫茲在6G領(lǐng)域得到特別關(guān)注的原因。一般來說，太赫茲（THz）是指載波頻率在300 GHz - 3 THz范圍內(nèi)的頻段，而sub-THz則是指100 GHz - 300 GHz左右的頻段。而在6G的相關(guān)語境中，一般太赫茲同時(shí)指THz頻段和sub-THz頻段。
目前，各個(gè)國家都在積極研發(fā)6G相關(guān)的太赫茲技術(shù)，并且在開放相關(guān)頻段。中國早在2019年底就開始了6G技術(shù)研發(fā)推進(jìn)工作組，而華為也在今年早些時(shí)候公布了使用太赫茲技術(shù)實(shí)現(xiàn)的通信距離達(dá)到500米的6G原型系統(tǒng)；美國在2019年也決定開放95 GHz - 3 THz的6G實(shí)驗(yàn)頻譜；韓國政府在大力投入6G研發(fā)，三星和LG也都在積極開發(fā)相關(guān)技術(shù)，LG在今年九月初宣布和德國夫瑯和費(fèi)研究所合作實(shí)現(xiàn)了通信距離在200米以上的太赫茲通信原型機(jī)，其輸出功率高達(dá)20 dBm。
綜上，我們認(rèn)為隨著6G技術(shù)的興起，為了滿足高通信速率的需求，載波頻率繼續(xù)提升到太赫茲頻段將成為6G的關(guān)鍵技術(shù)，而相關(guān)的半導(dǎo)體芯片和系統(tǒng)則將是支撐太赫茲和6G通信的核心。
半導(dǎo)體太赫茲通信芯片現(xiàn)狀和前瞻
如上所述，太赫茲通信芯片將成為6G的技術(shù)核心。太赫茲通信相關(guān)的芯片可以分為兩大類，一個(gè)是射頻芯片，而另一類是基帶芯片。
就射頻芯片而言，太赫茲首先需要能工作在高頻段（太赫茲頻段）而且?guī)捄艽蟮碾娐贰榱藵M足這個(gè)要求，目前用于長距離通信的太赫茲射頻芯片主要還是使用III-V族半導(dǎo)體HEMT和HBT晶體管實(shí)現(xiàn)射頻相關(guān)的工作。III-V族半導(dǎo)體的工作頻率高，工作帶寬大，且輸出功率較大，能滿足太赫茲頻段通信的主要需求。
展開 上海技物所陳效雙、陸衛(wèi)團(tuán)隊(duì)NPG Asia Materials: 操控石墨烯無序熱電子實(shí)現(xiàn)高靈敏太赫
【引言】
電磁頻譜中，太赫茲輻射是指頻率在0.1 THz到10 THz范圍的電磁波，恰好處于微波電子學(xué)與紅外光子學(xué)之間，由于其特殊的頻率范圍在天文、遙感、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。為實(shí)現(xiàn)太赫茲光子的高效能量轉(zhuǎn)換材料需要具備高吸收、高轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，而工作溫度、太赫茲光子低能特性限制了傳統(tǒng)光子能帶探測方法在未來便攜式太赫茲檢測系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。純電子學(xué)的通過減小特征尺寸方法往太赫茲波段延伸面臨著彈道效應(yīng)、量子隧穿等不利因素限制了器件的工作效率。單原子石墨烯材料所具備的高遷移率和零禁帶特性，為太赫茲器件集成在諸如可穿戴電子設(shè)備、柔性醫(yī)學(xué)設(shè)備的應(yīng)用提供了天然條件。當(dāng)太赫茲光子入射到石墨烯材料表面，石墨烯材料對(duì)太赫茲呈現(xiàn)出高吸收態(tài)，其表面電子呈現(xiàn)出相應(yīng)的無序高動(dòng)能態(tài)，而這一部分能量往往難以轉(zhuǎn)化成有用的信號(hào)被支撐襯底、電極等以熱的形式耗散，因此如何實(shí)現(xiàn)高效的器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)太赫茲能量轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。
【成果簡介】
近日，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所，紅外物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸衛(wèi)、陳效雙課題組成員王林副研究員、“百人計(jì)劃”陳剛研究員等人，利用石墨烯材料集成天線配對(duì)接觸電極結(jié)構(gòu)，提出無序熱電子操控機(jī)理實(shí)現(xiàn)室溫下太赫茲波段的高靈敏探測，響應(yīng)率可達(dá)200V/W以上。相關(guān)成果以“Towards sensitive terahertz detection via thermoelectric manipulation using graphene transistors” 為題發(fā)表在期刊《自然-亞洲材料》（NPG Asia Materials, IF~9.157）上。
展開 基于comsol的光電半導(dǎo)體分析，光激發(fā)半導(dǎo)體載流子 ￥3200
本文主要借助這個(gè)效應(yīng)，研究光致半導(dǎo)體激發(fā)太赫茲的器件。
下圖是半導(dǎo)體在飛秒激光的照射下，產(chǎn)生了電子濃度的分布。
太赫茲( Terahert,THz)通常指頻率在100GHz~10THz(對(duì)應(yīng)波長3m-30km)波段的電磁波,在微波和紅外光之間,它的長波段與亞毫米波重疊,短波段與遠(yuǎn)紅外線重疊,處于電子學(xué)和光子學(xué)的交義領(lǐng)域。上世紀(jì)八十年代中期以前,由手缺乏有效的發(fā)射和探測太赫茲的方法,人們對(duì)于這一波段的電磁波認(rèn)識(shí)很有限,以至于人們稱這波段為“太赫茲間隙( THZ Gap)”。近年來,隨著超快激光技術(shù)的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的太赫茲發(fā)射器提供了基礎(chǔ),太赫茲發(fā)射技術(shù)取得了突破,太赫茲科學(xué)技術(shù)成為一個(gè)熱門研究新領(lǐng)域。
光電導(dǎo)太赫茲天線是一種最早出現(xiàn)的人工太赫茲發(fā)射器件又叫光電導(dǎo)開關(guān)。太赫茲光電導(dǎo)天線一般采用GaAs等半導(dǎo)體化合物晶體作為基底材料,以Au/Ni等金屬作為電極鍍在基底材料上,電極兩端加上一定的電壓形成偏置電場。
當(dāng)用飛秒激光脈沖照射在太赫茲光電導(dǎo)天線的基底材料表面時(shí),會(huì)使基底材料中的電子從價(jià)帶受輻射激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶上,在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生自由移動(dòng)的光生電子空穴對(duì),光生電子空穴對(duì)在外加偏置電場的作用下形成瞬態(tài)電流,這種在皮秒和亞皮秒級(jí)變化的電流向外輻射出太赫茲波并經(jīng)過基底背面的透鏡發(fā)射光電導(dǎo)天線的基本結(jié)構(gòu)。
太赫茲光電導(dǎo)天線的仿真計(jì)算流程如下。
需要應(yīng)用半導(dǎo)體模塊和波動(dòng)光學(xué)模塊，下圖是模型計(jì)算出來的輻射強(qiáng)度隨時(shí)間變化，半導(dǎo)體生成了一個(gè)20太赫茲輻射。
模型文件在文中開頭，需要的可以下載，加密文件如需密碼可以私信我。謝謝。
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