硅基，氧化物負極
關注創建者：哈工大王楨 創建時間：2018-01-16
硅基，氧化物負極的實例教程
【成果簡介】
相對于傳統石墨負極材料（372 mAh/g），硅負極材料具有極高的理論比容量（3580 mAh/g），是未來高能量密度動力鋰離子電池負極材料首選。但硅負極材料在充放電循環過程中存在體積變化（高達3倍以上），造成硅顆粒粉化，從而引發SEI膜反復再生庫倫效率低，電接觸變差極化增大，使實際硅負極材料循環壽命和倍率性能較差。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室自2011年開展硅基負極材料的研究開發，已取得系列進展。2012年報道了一種三維多孔的納米硅/石墨烯復合負極材料。近日，又報道了一種新型二維納米硅/二氧化硅復合負極材料（2D nano-Si/SiO2）。該工作利用層狀結構CaSi2的拓撲轉變，在酸性溶液中化學剝離Ca原子，留下單原子層褶皺狀硅烯，由于Si原子只存在sp3雜化，硅烯極不穩定，在水溶液中氧化得到亞穩態二維硅氧烯，二維硅氧烯經過合適的熱處理條件脫水歧化得到二維納米硅/二氧化硅復合負極材料（2D nano-Si/SiO2），其中納米硅均勻分散于無定型硅氧化物。二維結構可有效減少鋰離子遷移路程，納米硅和硅氧化物可有效降低了體積膨脹率，因此采用該方法制備的2D nano-Si/SiO2@C表現出優異的循環穩定性和倍率性能。該研究工作以“Two-dimensional silicon suboxides nanostructures with Si nanodomains confined in amorphous SiO2 derived from siloxene as high performance anode for Li-ion batteries”為題發表在Nano Energy上。
【圖文導讀】
圖1 示意圖及性能表征
（a）硅氧烯剝離過程示意圖。
（b）硅氧烯分子結構示意圖。
展開 圖2 振實密度和若干性能指標的總體評估
圖3 商業鋰離子電池負極所需關鍵實用指標的綜合比較
微米級硅基負極
研究人員意識到，在實驗室規模上獲得的具有吸引力的基于納米技術的性能不太可能在商業上復制或實用，目前的研究重點主要集中在微米級硅基材料的結構設計，以提高硅基負極的綜合性能。一方面，人們致力于通過各種界面改性方法提高SiMP和SiOxMP的循環穩定性，以便將其直接用作商業負極材料的活性組分，另一方面，設計了各種具有納米特征的微米級顆粒，包括三維多孔微粒、二次顆粒和納米粒子嵌入式結構。這些微米級硅基負極材料克服了納米硅基負極面臨的棘手挑戰，極大地促進了實用硅基負極材料的商業化。
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硅基，氧化物負極的最新內容
表面等離子體光子學的挑戰
表面等離子體的傳播僅在其移動幾毫米之后就會受到歐姆損耗的抑制，因此業界正在研發由石墨烯、金屬氧化物和氮化物等等離子體納米粒子構建的等離子體學納米結構，以應對該挑戰。
熱是另一項挑戰——它會影響等離子體信號的傳播長度和振幅。
具有合適電氣和光學屬性組合的金屬納米結構和幾何結構可能可以解決這些挑戰。
表面等離子體光子學的挑戰
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什么是CMOS圖像傳感器？2個月前
如何在Bayer中排列2x2像素的光電探測器
每個光電探測器都構建在硅基板上，并包含一個用于收集光子的光電二極管和三個晶體管：列選擇器、放大器和復位晶體管。光電探測器頂部有一個彩色濾光片和一個將光聚焦到光電二極管上的微透鏡。
單個光電探測器的幾何結構
每個光電探測器都由硅基板、勢阱和測量入射光子的光電二極管組成。
CMOS圖像傳感器的設計2個月前
CMOS圖像傳感器是一種采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的半導體器件，旨在將入射光轉換為數字圖像。與大多數數字攝像頭一樣，其通過半導體芯片表面的數千個光子探測器來檢測入射光。每個探測器通過將光子的能量轉換為電流來測量吸收的光子的頻率（顏色）和數量（亮度）。然后，連接在每個探測器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
CMOS圖像傳感器是一種采用互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的半導體器件，旨在將入射光轉換為數字圖像。與大多數數字攝像頭一樣，其通過半導體芯片表面的數千個光子探測器來檢測入射光。每個探測器通過將光子的能量轉換為電流來測量吸收的光子的頻率（顏色）和數量（亮度）。然后，連接在每個探測器上的晶體管將電流放大。這種類型的圖像傳感器被稱為有源像素傳感器（APS）。
與前兩種結構相比，載流子積累型也有較高的調制速度，但需要氧化物來充當電容，增加了工藝難度，現階段應用范圍較窄。
本期我們針對硅光調制器的幾種常見的光學結構，如微環諧振腔、馬赫-曾德爾干涉儀、慢光諧振腔以及邁克爾遜干涉儀等，簡單闡述這些結構的基本原理、調制機制、優缺點、性能參數和應用范圍。
等硅基光電調制器的常見光學結構
1.
5) 結構優缺點：
與PIN結組成的載流子注入型調制器相比，載流子積累型基于多數載流子，更適合高速調制，但相比載流子耗盡型，載流子積累型需要氧化物來充當電容，增加了工藝難度，制造更為復雜。
背景介紹
基于絕緣體上硅（SOI）結構的集成光學芯片是目前光通信領域的研究重點，得益于其與互補金屬氧化物半導體（CMOS）制作工藝兼容。然而，芯片與外界信息交互時需要光纖傳輸，其次，硅基光子芯片的光源集成難度較大，因此需要光纖耦合來提供光源。
背景介紹
基于絕緣體上硅（SOI）結構的集成光學芯片是目前光通信領域的研究重點，得益于其與互補金屬氧化物半導體（CMOS）制作工藝兼容。然而，芯片與外界信息交互時需要光纖傳輸，其次，硅基光子芯片的光源集成難度較大，因此需要光纖耦合來提供光源。
此外，硅基平臺的潛在兼容性（盡管當前研究基于III-V族材料）也為未來電光集成開辟了道路。
總結與未來展望
這項研究不僅展示了弱反導雙腔光子晶體VCSEL陣列在擴展相干超模區域方面的優勢，更揭示了串擾電流在增強穩定性和可調性中的核心作用。與強限制設計相比，該方法克服了傳統VCSEL陣列相干區域狹窄的挑戰，結合低功率調制能力，為高亮度光應用提供了堅實的技術基礎。
