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新超导材料可使电导率增加10倍

  据最新一期《自然通信》杂志报道,美国工程师制作出首个无需半导体的光控微电子器件。该微型器件使用了一种新的超导材料,在施加低电压和低功率激光激活时,电导率可增加10倍。这项发现为研制速度更快、功率更强的无半导体微电子设备及更高效的太阳能板铺平了道路。现有晶体管等微电子器件性能会受限于材料组成。半导体具有带隙,意味着其需要外部能量的推动才能使电子流动起来。而电子的速度是有限的,因为电子在流经半导体时,会不断与原子碰撞,所以半导体会限制器件的电导率或电流。

  将电子从材料中释放出来是极具挑战性的工作,需要施加100伏以上的高压、高能激光,或是540℃以上的超高温,这无法应用于微型和纳米级电子器件。

  加州大学圣地亚哥分校电子工程系教授丹?赛文皮珀领导的研究团队,找到了一种破除电导障碍的新方法并在微观尺度进行了验证。他们制作出的微型器件不需要上述极端条件就能从材料中释放出电子。该器件包含一个工程化“超表面”,这个超表面由蘑菇状金纳米结构组成,位于平行的金条带阵列之上。

  这种设计使超表面在施加10伏以下的低电压和低能红外光时,会生成具有高强度电场的“热点”,从而提供足够的能量将电子从金属中拉出并释放出去。实验表明,器件的电导率有10倍以上的增加。

  研究人员表示,这虽然不能完全取代所有的半导体器件,但对某些甚高频率或功率的器件来说,不啻为最佳方式。目前,研究团队正在探求该技术除电子学以外的其他应用,从而为制作出新型光伏器件提供可能。

  二氧化碳气保焊飞溅的控制措施

  在目前黑色金属材料,CO2气体保护焊是最重要焊接方法之一,是以二氧化碳气为保护气体进行焊接的。焊接过程中,大部分焊丝转熔为熔化金属过渡到熔池中,但有一部分焊丝随熔化金属飞向熔池之外称之为飞溅。当飞溅率达到30%以上时就不能进行正常焊接了。CO2气体保护焊飞溅还会降低焊接熔敷效率,降低焊接生产率;飞溅物易粘附在焊件和喷嘴上,影响焊接质量,使焊接劳动变差及清理工时增加;焊接熔池不稳定,导致焊缝外形较为粗糙等缺陷。

  在熔滴自由过渡过程中,产生的飞溅主要是由于气流流动而喷出,并受电弧压力作用且通过爆炸而形成的;同时熔滴和熔池接触时,由于短路电流在通电后的接触部放电阻热加热,焊丝被熔断而产生的飞溅。

  CO2气体保护焊飞溅的防止措施是:

  1、在熔滴自由过渡时,应选择合理的焊接电流与焊接电压参数,避免使用大滴排斥过渡形式;同时应选用优质焊接材料,如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等,避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。

  2、在短路过渡时,可以采用(Ar+CO2)混合气体代替CO以减少飞溅。如加入Φ(Ar)=20%~30%的Ar。这是由于随着含氩量的增加,电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。燃弧时电弧的弧根扩展,熔滴的轴向性增强。这一方面使得熔滴容易与熔池会合,短路小桥出现在焊丝和熔池之间。另一方面熔滴在轴向力的作用下,得到较均匀的短路过渡过程,短路峰值电流也不太高,有利于减少飞溅率。

  3、在纯CO气氛下,通常通过焊接电流波形控制法,降低短路初期电流以及短路小桥破断瞬间的电流,减少小桥电爆炸能量,达到降低飞溅的目的。

  4、通过改进送丝系统,采用脉冲送丝代替常规的等速送丝,使熔滴在脉动送进的情况下与熔池发生短路,使短路过渡频率与脉动送丝的频率基本一致,每个短路周期的电参数的重复性好,短路峰值电流也均匀一致,其数值也不高,从而降低了飞溅。

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