集成电路与应用

• 金属有机框架(MOF)可穿戴电化学汗液传感器的研究进展

  董文豪;陈雪叶;

  可穿戴生物传感器为个人健康检测提供了新途径，汗液检测因样本易采集、可连续监测等优势备受关注。金属有机框架(MOF)作为新兴材料，在汗液检测领域展现出独特潜力。本文综述了可穿戴电化学生物传感器用于汗液检测的研究进展，详细介绍了生物酶、生物抗体、分子印迹聚合物、金属纳米材料等常见敏感材料及其检测原理，总结了汗液中生物标志物的浓度范围；深入探讨了MOF用于汗液检测的优势与缺点以及常见制备方法，阐述了基于MOF的汗液传感器对葡萄糖、乳酸、皮质醇等生物标志物的检测应用；最后，对MOF基可穿戴汗液传感器的发展进行了展望。

  2025年03期 v.41;No.148 193-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 658K]
  [下载次数：125 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 通过电源管理策略提升摩擦纳米发电机的能量利用效率

  李铭慧;窦子龙;董君;王美山;朱丽丽;

  摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)作为低频微弱机械能收集的前沿技术，凭借高瞬时功率密度和环境兼容性在能量采集和自供电传感领域备受关注。然而，传统交流型TENG的高开路电压、低短路电流及输出相位失配特性严重制约其能量利用。针对这一技术瓶颈，开发高效的电源管理策略，尤其是高集成度专用集成电路显得尤为重要。本文综述了TENG电源管理策略的研究进展，重点剖析了整流技术、开关控制以及集成电路设计在能量转换效率提升中的作用，总结了高效能量管理策略的设计原则与优化路径，为推进TENG在分布式能源系统中的实用化提供理论支撑和技术参考。

  2025年03期 v.41;No.148 209-221页 [查看摘要][在线阅读][下载 1711K]
  [下载次数：44 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 基于自适应CSA的多操作数加法器设计

  王立华;崔可欣;付文杰;刘晨光;

  多操作数加法器是数字集成电路设计的基本算术单元之一，其逻辑优化是逻辑综合流程中至关重要的一部分。为了在逻辑综合过程中尽可能地提升多操作数加法器的性能，降低延迟，本文设计了一种基于自适应进位保留加法器(carry-save adder, CSA)的多操作数加法器架构。该架构采用Wallace树结构实现多操作数加法器的设计，降低加法操作导致的延迟，并在此基础上，通过改进Wallace树结构中的CSA压缩部分，进一步降低延迟。本文以SMIC 28nm工艺库为目标库，运用上述算法对多个多操作数相加的RTL(register-transfer level)设计执行逻辑综合，得到多操作数加法器。实验结果表明，在16～128位宽输入下，本加法器可显著优化性能，延迟时间平均降低31.2%,面积平均减少36.5%,功耗平均降低70.98%。

  2025年03期 v.41;No.148 222-232页 [查看摘要][在线阅读][下载 1136K]
  [下载次数：17 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 基于流形学习与弱监督的医学图像分割网络模型

  蔡晟玮;孙玉娟;王桦;张小峰;

  基于深度网络模型对皮肤病医学图像的精确分割可以为临床诊断提供准确的定位和定量信息，但在训练网络时却需要影像专家对图像进行大量的、专业化的标注。本文结合流形理论与深度学习技术，提出一种弱监督的皮肤病图像分割网络，旨在解决皮肤病图像分割中标注数据稀缺、图像特征复杂多变等问题。该网络通过流形学习捕捉图像数据内在的低维流形结构，有效减少噪声和冗余信息的影响；基于提出的像素相关性模型，分析图像中基层特征之间的空间关系和上下文信息，提升像素级伪标签的准确性；基于注意力机制，提取图像中多种尺度的特征，以适应皮肤病斑块的多样性变化。采用了ISIC-2018皮肤病图像数据集对提出的网络模型进行验证，结果表明，所提出的弱监督皮肤病分割网络在分割精度、鲁棒性和泛化能力等方面均表现出优异的性能。

  2025年03期 v.41;No.148 233-242页 [查看摘要][在线阅读][下载 542K]
  [下载次数：189 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

物理科学

• 太阳能电池中铅卤化合物的化学防护研究进展

  王璇;李文;张绍威;张树芳;张琦;

  太阳能是一种清洁可再生能源，太阳能电池基于“光生伏特效应”能够将光能转换为电能，开发高效且稳定的太阳能电池是缓解能源危机、改善环境污染问题的重要举措。钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)具备带隙可调节、载流子寿命长、激子结合能小、吸光系数大以及缺陷容忍度高等特点。但PSCs中的重金属元素铅对人类健康和生态环境造成了危害，限制了铅基PSCs的进一步应用。本文主要介绍使用化学方法减少铅泄露，系统总结了铅隔离材料在PSCs封装层和功能层中的应用，并重点阐述了本课题组在防止铅泄露方面的研究工作，为有兴趣促进PSCs开发和应用的研究人员提供参考。

  2025年03期 v.41;No.148 243-253页 [查看摘要][在线阅读][下载 902K]
  [下载次数：113 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 供体-受体共价有机骨架单元TPB、TPA、TPT和TBPA的非线性光学性质

  王丽;

  共价有机框架(COFs)材料是新型的晶态多孔聚合物材料。COF的组成和结构可以灵活定制，通过供体(D)-受体(A)共价键形成的COF可以排列成高度有序的网络结构，具有高效的电荷传输性能，是极具潜力的光电功能和非线性光学(NLO)材料。本文以常见的COF基元1,3,5-三(4-苯基)苯(TPB)、1,3,5-三(4-苯基)胺(TPA)、2,4,6-三(4-苯基)-1,3,5-三嗪(TPT)和1,3,5-三(4-联苯)胺(TBPA)组合而成的D-A型结构单元为研究对象，探究提升COF材料电荷传输性能和NLO性质的途径。采用密度泛函理论方法研究了TPB-TPA(1)和TPT-TPA(2)、TPB-TBPA(3)和TPT-TBPA(4)4种组成单元的结构、分子轨道、激发态跃迁特征和NLO性质。结果表明：含三嗪基的分子降低了HOMO和LUMO间的能级差以及低能吸收峰的跃迁能；另一方面，增加共轭链长度的同时有效降低了跃迁能，有效提升了体系电荷传输性能。化合物2和4的β_(tot)值是化合物1和3的2倍以上，这说明三嗪基的加入非常有效地提升了体系NLO性质。另外，增长供体分子的共轭链使得体系第一超极化率降低，这是由于增长供体分子的共轭链虽然降低了低能激发态的跃迁能，但是同时减小了相应激发态的振子强度，从而使得体系第一超极化率降低。本文得到了有效提升COF材料NLO性质的途径：引入三嗪基提升受体的接受电子能力，同时排除了增长供体共轭链这种常用的手段，为实验上合成高性能COF材料提供了理论基础。

  2025年03期 v.41;No.148 254-260页 [查看摘要][在线阅读][下载 559K]
  [下载次数：179 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 钙钛矿太阳能电池的添加剂工程

  张志航;刘志豪;赵勇;张树芳;

  随着全球能源需求的日益增长以及环境保护对清洁能源使用的新要求不断出现，太阳能这一潜力巨大的清洁能源越来越受到人们的重视。在太阳能发电中，钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其卓越的光电性能和低成本制造潜力而受到广泛关注。但是钙钛矿太阳能电池在制备过程中存在诸多问题，其中钙钛矿薄膜直接影响钙钛矿太阳能电池光电转换效率以及稳定性，因此提高钙钛矿薄膜的晶体质量势在必行。本文主要总结了PSCs中添加剂工程方面的研究工作，包括使用各种有机和无机添加剂来解决生成高质量钙钛矿薄膜所面对的形态、晶界、晶粒尺寸等问题。

  2025年03期 v.41;No.148 261-268页 [查看摘要][在线阅读][下载 553K]
  [下载次数：550 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

材料科学与工程

• Bi³⁺掺杂磷酸钒钠的晶体结构调控与储钠性能研究

  李纪阳;张延磊;张翔;吕志强;徐彦宾;崔玉明;杨正龙;

  磷酸钒钠(Na_3V_2(PO4)_3)具有较高的工作电压、快速的Na~+扩散和良好的结构稳定性，是高性能钠离子电池的优选正极材料。然而，较低的本征电子导电性严重阻碍了它的实际应用。本研究设计并制备了Bi~(3+)掺杂的Na_3V_(2-x)Bi_x(PO_4)_3正极材料。Bi~(3+)掺杂策略可以显著减小其带隙和Na~+扩散能垒，因此显著改善了其电荷转移动力学和电化学性能。改性后的Na_3V_(1.95)Bi_(0.05)(PO4)_3@C正极材料在1C倍率下可逆比容量为117.77 mAh·g~(-1),20C下具有85.21 mAh·g~(-1)的倍率容量；在5C下经过1300次充放电循环后，每循环的容量衰减率仅为0.006 9%。此外，通过原位X射线衍射阐释了Na_3V_(1.95)Bi_(0.05)(PO4)_3与NaV_(1.95)Bi_(0.05)(PO4)_3之间存在高度可逆的双相转变。本研究为Na_3V_2(PO4)_3正极在高性能钠离子电池中的实际应用提供了数据支持。

  2025年03期 v.41;No.148 269-277页 [查看摘要][在线阅读][下载 1178K]
  [下载次数：131 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• AGET ATRP表面改性纤维素纳米晶制备具有除醛功能的水性涂层

  周天俊;韦文青;李家旭;刘晓辉;柏良久;

  本研究采用电子转移生成催化剂的原子转移自由基聚合(AGET ATRP)技术，将聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)接枝到纤维素纳米晶(CNCs)表面，通过PGMA的开环反应引入具有甲醛清除功能的三乙烯四胺(TETA),成功制备出兼具甲醛清除与乳化双重功能的CNCs基纳米复合材料(CNCs@PGMA-TETA)。将所得纳米复合材料植入苯丙乳液中，制备出具有甲醛清除功能的水性涂层。结果表明：添加CNCs@PGMA-TETA的水性涂层具有良好的甲醛清除性能，2 h内吸附速率达0.094 mg·m~(-3)·h~(-1);其吸附行为符合准二级动力学模型，主要以化学吸附为主。本研究为开发具有甲醛清除功能的绿色水性涂层提供了新思路。

  2025年03期 v.41;No.148 278-288页 [查看摘要][在线阅读][下载 1073K]
  [下载次数：27 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]

• 集成电路及其学科的发展

  <正>一、集成电路的发展及现状集成电路(integrated circuit,IC),也称微电路(microcircuit),是20世纪50年代末至60年代初发展起来的一种新型半导体器件。1958年杰克·基尔比率先发明基于锗的集成电路,1960年罗伯特·诺伊斯发明了基于硅的集成电路,他们的开创性工作共同奠定了现代电子技术的基础,推动了电子器件向微型化、低功耗、高集成度、高可靠性和智能化发展的革命性跨越。当前,全球集成电路制造工艺已进入3 nm主流应用、2 nm启动量产的技术迭代阶段。中国集成电路产业在成熟制程领域持续突破——28 nm及以上工艺实现稳定量产、14nm工艺正逐步攻克技术壁垒,同步构建起涵盖芯片设计、晶圆制造、封装测试的完整产业链体系,产业创新已延伸至人工智能、自动驾驶、量子计算等前沿科技领域。

  2025年03期 v.41;No.148 190页 [查看摘要][在线阅读][下载 922K]
  [下载次数：67 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
下载本期数据