薄膜电容器（通用7篇）
薄膜电容器 篇1
薄膜电容器选型中常出现的问题
1、薄膜电容器容量越大越好：
一般说来薄膜电容器容量越大越好，不过这也不是绝对的，大容量的薄膜电容器不易过滤出高频干扰信号，而多个小容量薄膜电容器并联却比单个大容量薄膜电容器更有效、更稳定。
再者这和主板的走线、电源|稳压器设计也有一定的关系，但是如果你的主板上到处都是100μF左右的小薄膜电容器，那主板质量也好不到哪里去。
2、日系薄膜电容器一定适合超频：
很多朋友以为采用日系薄膜薄膜电容器器的主板超频性一定好。其实超频不仅和薄膜电容器有关，还和主板电路设计、时钟芯片、电源、BIOS设计等都有关系，不是单靠薄膜电容器就能决定的，某些采用台系GSC薄膜电容器的主板超频性同样很好。但是日系薄膜电容器对主板稳定性还是有所帮助的。
3、用优质薄膜电容器的主板就一定好：
不一定，正如本文开头所讲的，好主板肯定会采用好薄膜电容器，但有好薄膜电容器的主板不一定是好主板。一块好的主板不仅要看薄膜电容器的优劣，还得看该主板的设计水平，像华硕、微星这样的大厂也不常用RUBYCON、NICHICON这样的薄膜电容器，但是他们的产品的走线、PCB设计都是一流的，所以这也保证了其产品的稳定性；相反一些小厂为了吸引买家，往往会采用一些不错的薄膜电容器，但是其走线、供电设计、MOSFET的质量却很一般，这样的主板往往看起来不错，但是用久了就不好说了。
薄膜电容器选型中常出现的问题
A 额定电压选择不当
额定电压选择不当，出现最多的地方是谐振电路部分(C5)。研发人员应该根据设备的额定功率，输入电压，电路拓扑，逆变控制方式，负载材质，负载磁载率，电路Q值等参数作为综合考虑后作初步计算。待样机初步达到要求后，需要用示波器加高压电压探头，实际
测量一下设备在最大功率的时候，谐振电容器两端的峰峰值电压，峰值电压，均方根值电压，谐振频率等参数，用来判定所选择的谐振电容器型号及参数是否正确。
B 额定电流选择不当
额定电流选择不当，出现最多的地方是C3(直流支撑)和C5(谐振)部份。实际需要的电流值如果比电容器允许通过的电流值大，那么会造成电容器发热严重，长期高温工作，导致电容器寿命大大降低，严重的会炸毁甚至是起火燃烧。在设备研发中，可以通过专用的电流探头或其他方式，测量一下实际需要的峰值电流，均方根值电流，然后调整电容器的参数。最终可通过设备在满功率老化测试中，测量一下电容器的温升，根据电容器的温升允许参数来判定电容器的选择是否恰当。（电流测量及温升情况来综合评定）
C 接线方式不当
接线方式不当，主要出现在电容器多只并联使用中。由于接线方式，走线距离不一致等因数，导致每只并联的电容器在电路中分流不一致。最终体现在多只并联的电容器，每只的温升都不一致。个别位置的电容器温升过高，出现烧毁的情况。因此，需要对电容器的并联使用进行合理的布线及连接，尽量要做到均流，提高电容器的使用寿命。
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薄膜电容器 篇2
1 浮顶结构优化设计
本文所研究的设备由容器、浮顶、薄膜套及相关接管及附属结构组成,如图1。薄膜套一端固定在浮顶上,另一端固定在筒体上。浮顶随容器液位的上升而上浮,反之下降。
1.1 背压水存在的必要性
设备运行过程中,如图1所示,无论薄膜套m端定位在容器筒体上的c、d还是b处,薄膜套上面没有背压水的条件下,在箱体内充水过程中都会有薄膜套被压扁时,有上鼓堵塞通道的危险,因此薄膜套需要充一定量的背压水来保证薄膜套处于自由或受拉状态。同时,背压水能够减少摩擦和增加浮顶漂移阻力稳定浮顶。
1.2 浮顶结构设计
随浮顶的上升,浮顶B环线以下与薄膜套及筒体之间形成的腔体的而增大,背压水相对浮顶参考点B的液位(背压水位)下降,反之。浮顶处于最低位置时,如图1采用内径不变的筒体相对图2浮顶的结构,背压水总量不变的情况下背压水液位较高。为防止背压水进入图1所示的浮顶,采用长筒体导致浮顶处于最高位置时,设备外筒体需要额外高度来包容浮顶,此外浮顶也相对不稳定。
为了防止短浮顶处于最低位置时,背压水没过浮顶引起浮顶下沉,采用如图2所示的浮顶结构,由于浮顶的上端采用半径较小的圆筒使浮顶与筒体之间的腔体增加,降低了背压水相对浮顶的液位,防止背压水没过浮顶使浮顶下沉。上筒体和下筒体之间的锥形体为保证了上筒体和下筒体之间结构完整性同时防止了浮顶上升过程中背压水在浮顶上的存积。浮顶结构的尺寸根据实际的情况和背压水计算来调整,并考虑浮顶的倾斜,结构上保证合理的设计余量。
1.3 薄膜套在筒体和浮顶上的安装位置
薄膜套m端在容器上的固定位置。薄膜套m端定位不能处于容器上b点附近,当浮顶位于低水位时,此位置会导致薄膜套的堆积。分析表明薄膜套m端定位于b点时所需背压水总体积最大,这也不利于浮顶结构的设计。薄膜套的m端定位不能处于容器c点附近,c点会导致薄膜套的浪费及无法在筒体上设置背压水的排放口,或者导致背压水排放口过高的问题。故薄膜套m端应该定位在保证浮顶在上下极限位置运动同时薄膜套不堆积褶皱、使用量比较少并且位置尽量低的位置,其m端直径与容器筒体直径一致。
薄膜套n端在浮顶下筒体上的安装位置。一般浮顶的下筒体尺寸比较短,安装位置主要考虑结构上的方便和实施的方便。本文研究的浮顶结构,n端固定在浮顶下筒体的上端。
1.4 配套结构
相对普通设备的进水管、排放管等常用接管外还需配套设施溢流管,浮顶排气管,筒体排气管,防冲板,背压水充水管及排放管。最终设备的结构如图2所示。
2 浮顶受力分析
浮顶要正常运行,必须保证浮顶在任何情况下都不沉没。如果将浮顶的排水高度H,即浮顶底板至容器内液面高度,如图2所示,称为容器平衡液位(受浮顶及背压水的影响,随浮顶的运动而发生变化),根据薄膜套最低点、容器平衡液位及浮顶底板之间的关系,如图3所示,将浮顶受力分成三种情况:(1)容器平衡液位处于薄膜套最低点和浮顶底板之间,如图3(a);(2)薄膜套最低点处于浮顶底板和容器平衡液位之间,如图3(b);(3)浮顶底板处于薄膜套最低点和容器平衡液位之间,如图3(c)。
浮顶不沉没的条件是向箱体内充水时,浮顶上升,浮顶背压水下降。不考虑背压水损失的情况下,浮顶的上升和下降过程是可逆的。
第一种情况,图3(a),向箱体内充水,浮顶必然上升,背压水液位下降。
第二种情况,图3(b),浮顶在符合此情况的所有位置上,F点的压强不小于E点压强才能保证薄膜套不被压扁,背压水液位上升淹没浮顶。F点压强大于E点压强可以等价成D点压强大于C点的压强与第三种情况等效。
第三种情况,图3(c),浮顶在符合此情况的所有位置上,D点的压强不小于C点压强才能保证薄膜套不被压扁,背压水液位上升淹没浮顶。
3 浮顶背压水总体积及水位分析
由1.3节知,背压水最高水位位于浮顶处于最低点的位置。
3.1 简化
(1)无论薄膜套的密度比水还是比水小,都把薄膜套的重量简化为浮顶的重量的一部分,浮顶重量的增加吃水深度会更深,计算会更加保守。
(2)因为随着浮顶的升降,薄膜套受力很复杂很难计算变形量,不考虑薄膜套的拉伸变形,故薄膜套各个截面的直径保持不变。
(3)由于溢流管和浮顶排气管的直径远远小于筒体的直径,故不考虑排气管和溢流管内液位的升降对容器内水总容积的影响。
3.2 背压水体积
空浮顶处于最高点时,容器平衡液位与背压水位平齐时对应的背压水的体积为背压水的最小体积,此时可以保证薄膜套与筒体形成的腔室在浮顶的运行过程中充满水。
浮顶(包括浮顶自重、配重重量及2个人的重量[9,10])处于最高点时,容器平衡液位与背压水位平齐时对应的背压水体积为背压水的最大体积。
背压水标准体积为背压水最小体积与最大体积的平均值。
3.3 背压水体积计算
背压水的总体按公式(1)计算。
其中,L3为薄膜套轴向长度,
4 背压初始水位计算
浮顶背压水初始水位即浮顶位于最低点时,背压水相对浮顶参照点的高度如图4(b)中n值,图4(c)中m,图4(d)中的l,是现场充水过程中最直接的参考点。
(1)V≤VA时,背压水总体积与初始被压水液位关系见公式(2)。
其中
(2)VA≤V≤VB+VA时,背压水总体积与初始被压水液位关系见公式(3)。
其中
(3)VB+VA≤V时,背压水总体积与初始被压水液位关系见公式(4)。
其中
已知背压水的总体V(M)积见公式(1),便可根据V(M),VA,VB之间的大小关系选择公式(2)、(3)或者(4)计算背压水初始水位,其中VB=V(n=0)见公式(2),见公式VA=V(m=0)(3)。已知初始背压水位后根据第5节判断浮顶能否正常上浮,如果不满足上浮条件,需要重新修改浮顶结构。
5 浮顶沉浮
根据第2节的分析,浮顶在运动过程中,只需要以下三种情况D点的压强大于C点的压强,浮顶就不会沉没。随着浮顶的上升背压水液位可能从图5(a)逐渐变化到5(c)所示的情况。
图5(a)所示,浮顶不沉没的条件为:
f(l)=PC-PD≥0,其中PC=ρ×g×(l+h3+h2)
0≤l≤l0,l0为初始被压水位。
图5.2所示,浮顶不沉没的条件是f(m)=PC-PD≥0
其中,PC=ρ×g×(m+h2)
0≤m≤h3
图5c所示情况,按照3.3节的标准水位来添加背压水,浮顶处于最高位置时背压水液位最低,此时,其余情况,浮顶处于其他位置时,背压水液位升高D点压强增大C点压强不变,故D点压强始终不小于C点压强。
6 结 论
(1)具有薄膜套的浮顶结构需要填充背压水,防止薄膜套褶皱堵塞通道,减少摩擦和增加浮顶漂移阻力稳定浮顶的作用。
(2)浮顶结构采用,上筒体小直径,上筒体大直径的结构形式使浮顶、薄膜套与容器之间形成的腔体容积增加,降低了背压水相对浮顶的液位,防止背压水没过浮顶而进入浮顶内使浮顶沉没,缩短了浮顶筒体的高度,有利于浮顶的稳定。
(3)浮顶在筒体上的定位要保证浮顶在上下极限位置之间正常运动、薄膜套不堆积褶皱、使用量比较少并且位置尽量低。
(4)给出了背压水上下极限体积的设计原则和计算公式,提供了背压水位的计算方法,提出了判断浮顶不沉没的判断公式。
参考文献
[1]刘福明.拱顶储罐内浮顶的发展[J].石油化工设备,2004,33(1):41-45.
[2]王荣贵,刘道芬.内浮顶储罐发展概况机器装配[J].化肥设计,2005,43(1):17-20.
[3]史卓轮.内浮顶罐技术及发展[J].石化技术,1996,3(1):16-20.
[4]陈建平.浮顶储罐的一种新型密封装置[J].油气储运,1998,17(9):21-23.
[5]孔昭瑞.组装式油罐内浮顶的特点及效果[J].油气储运,1993,12(5):1-6.
[6]袁宏丽.300m3浮顶储罐设计[J].铁道机车车辆,1995(5):17-19.
[7]魏洁.大直径内浮顶油罐内浮顶设计及选用[J].石油库与加油站,2005,14(1):38-39.
[8]王建斌,孙秀山,刘应华,等.连续梁及网架浮顶强度及稳定性[J].清华大学学报:自然科学版,2006,46(11):1937-1940.
[9]赵广森,王宝霞.内浮顶设计制造准则[J].油气储运,1997,16(11):47-48.
江海股份：薄膜电容器仍未投产等 篇3
薄膜电容器仍未投产
传闻：薄膜电容器4季度开始贡献业绩。
记者连线：记者致电江海股份证券部，工作人员表示薄膜电容器还未正式投产，因此还无法贡献业绩。
江海股份（002484）2010年9月上市，主要产品为铝电解电容器系列产品及其主要的原材料化成箔，是国内铝电解电容业的龙头企业，拥有国内生产厂商中最齐全的产品种类。
2012年受制于宏观经济疲软公司工业类电容开工率不足，以及内蒙古化成箔募投项目投资遇电价上涨，公司业绩下滑影响，半年报显示上半年公司营收4.85 亿元，同比下滑2.44%；净利润4496.69 万元，同比下降15.24%；但从单季度来看，公司2 季度净利润2994 万元，环比实现99.27%的增长，同比降幅也明显收窄，综合毛利率连续2 个季度上升，这表明公司经营状况正在好转。公司预计三季度归属于上市公司股东的净利润变动区间6743万元至9271万元，变动幅度—20%至10%。
2011年8月该公司宣布了一项超募资金使用计划：公司使用2亿元超募资金设立全资子公司，投建高压大容量薄膜电容器生产线，建成后将为江海新增100万只/年的薄膜电容器产能。整个项目由10条生产线组成，项目建设周期为30个月，计划在2013年12月投产。项目建设完成后预计实现销售收入5.65亿元，实现年平均税后利润6641万元。
薄膜电容器是江海股份上市后正式涉足的新产品。江海股份目前产品以铝电解电容器为主，但毛利率只有21%左右；而A股目前主营薄膜电容器的公司法拉电子毛利率却能达到35%以上。去年江海股份营业收入达到10.4亿元，但净利润只有1.1亿元；同期法拉电子营收13.3亿元，净利润2.8亿元，毛利率的差距十分明显。
据悉，该公司目前已经建成1条生产线，记者连线工作人员表示还未正式投产，而在投资者互动关系平台上，公司表示薄膜电容器今年销售量很小，对公司业绩贡献很少。预计明年量产，开始贡献业绩。
华虹计通：
项目节点推迟将影响全年业绩
传闻：项目节点推迟将影响全年业绩。
记者连线：记者致电华虹计通证券部，工作人员表示客观来说项目节点推迟也将影响全年业绩。
华虹计通（300330）作为射频识别技术的电子收费与支付系统解决方案设备供应商，该公司于6月19日登陆创业板，发行价为15元，首日开盘价15.5元。当时该公司被多家券商称为“城市轨道交通AFC系统的龙头”，“优秀的AFC系统提供商”，但就在上市不到一个月的时间里，华虹计通发布半年度业绩公告，半年报数据显示该公司上半年归属于上市公司股东的净利润为1585.79万元，而去年同期净利润为2081.72万元，同比下降23.82%。
公司披露表示，业绩下降一方面是由于项目节点的影响，同时销售收入中毛利率相对较低的AFC系统业务收入占比较大；另一方面是由于应收账款大幅增加，计提的资产减值准备增加。
而在10月13日公司公告的三季报数据中再次表示受部分项目节点的影响， 公司2012 年1—3季度主营业务收入较上年同期略有下降， 因此营业利润出现一定幅度下降。三季报预告今年三季度盈利约：2057万元—2191万元，比上年同期下降约18—23%。至于全年业绩，公司方面表示客观来说也将受到项目节点推迟的影响。
但在二级市场上，该股票作为一只次新股，盘子小，股价9月份在发改委密集批复多个城市轨道交通建设刺激下，连续出现强势放量涨停，之后随大盘出现回落，考虑到稳增长是未来一段时间中国经济主旋律，基础设施建设尤其是城市轨道交通建设将在稳增长政策下扮演重要角色，投资者可以短线关注。
美盛文化：
上市奖金将计入三季度
传闻：公司获1686万上市奖金计入3季度业绩。
记者连线：记者致电美盛文化证券部，工作人员确认该消息属实。
美盛文化（002699）于2012年9月11日登陆资本市场，公司是国内主要的动漫服饰制造商之一，专注于动漫衍生品细分产品动漫服饰的开发、生产和销售，主要产品包括迪士尼形象动漫服饰、电影形象动漫服饰、传统节日动漫服饰以及装饰头巾等。
该公司在国内动漫服饰行业中居于前列。2009年动漫服饰年销售收入在1000万元以上的大型企业约20家，占市场份额60. 5%。而公司2009年销售收入已达1.25亿，堪称行业的龙头企业之一。由于公司在规模上已大幅超越国内的绝大多数同行企业，这使得公司在上游采购和订单争取中具备一定优势，同时，这为公司未来实现外延扩张奠定了基础。
公司此次IPO共募集42628万元，公司拟以募集资金21350万元投资“动漫服饰扩产建设项目”，完全达产后新增1000万套动漫服饰的产能（2011年公司的动漫服饰销量为455.04万套），预计正常年营业收入33999万元，净利润9818万元。
而公开数据显示，该公司上半年实现净利润仅923.75万元，9月15日该公司公告，获得地方政府1686万元的上市奖励，而这无疑为公司今年的业绩增添了一抹亮色。根据美盛文化的公告，这笔1686万元的奖励将一次性计入公司2012年营业外收入，这也意味着今年公司将因此增加1000万元左右的收益，单从数字上看，这笔收益将超过公司今年上半年实现的净利润。
而从公司最近三季报预告来看，1—9月份归属于母公司所有者的净利润为4750万元—5000万元，同比增长1%—5%。而该笔奖金计入三季度无疑将对三季度业绩产生积极的影响。
沧州明珠：
两项锂电隔膜专利获批
传闻：沧州明珠专利申请已获批。
记者连线：记者致电沧州明珠证券部，该公司工作人员表示在已申请的5项专利中，2项有关锂电隔膜的专利已获批。
沧州明珠（002108）于2007年1月24日登陆资本市场，主营业务为PE管材、BOPA薄膜的生产和销售，2009—2011年实现净利润1.02亿元、1.16亿元、1亿元。
沧州明珠于去年7月推出定向增发预案，公司拟向包括控股股东东塑集团在内的投资者发行不超过4000万股，不低于8.16元/股，募集资金总额不超过32640万元，用于投资建设“年产19800吨聚乙烯（PE）燃气、给水用管材管件项目”和“年产2000万平方米锂离子电池隔膜项目”。
在该次募投项目的可行性分析报告中表示，研发人员经过2年多的研发探索，目前已突破相关技术瓶颈，掌握了多层复合锂电池隔膜的生产工艺，申请的5项发明专利已被受理并进入实质审查阶段，而记者通过连线该公司证券部，目前有关锂电隔膜的2项专利已经获批。
公司2012年半年报显示，公司实现营业总收入81351.73万元，较上年提高9.23%；营业利润6783.96万元，利润总额6868.70万元，归属上市公司股东的净利润5268.74万元，分别较上年提高28.48%、27.23%、24.83%，实现每股收益0.16元。公司在PE管道销售持续增长的同时，锂电隔膜也开始贡献利润。
光大证券在最近的研报中表示，公司主营业务PE管材管件、BOPA薄膜和锂离子电池隔膜，其中前2块业务为行业绝对龙头，但最有前景的还是锂电隔膜。公司锂电隔膜技术采用干法单向拉升技术，全球仅Celgard、深圳星源材质和公司拥有该成熟技术，该技术工艺壁垒极高，公司600万平米/年的试验线出的产品毛利率已经达到50%，新的工业化线投产后，预计毛利率将超过60%。
薄膜流研究进展 篇4
班级：机械工程专硕1班 学号：6160805020 姓名：程帅
摘要：液体在重力作用下以薄层形式沿壁面向下流动，称为液体薄膜流。它具有小流量、小温差、高传热传质系数、高热流密度、结构简单、动力消耗小等独特优点，己作为一项高效传热传质技术在化工、能源、航天、石油、制冷、电子等许多工业领域得到了广泛应用。本文介绍了非牛顿流体层流降膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机。正是由于实际应用的重要性和迫切性，在液体薄膜流的水动力过程和传热传质特性力一面，近几十年来开展了大量的深入研究。本文通过全面阐述液体薄膜流动和传热特性的研究现状，分析目前研究中存在的问题与不足，为未来研究提供借鉴。
关键词：液体薄膜流、非牛顿流薄膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机
1.液体薄膜流表面特征
对于液膜沿倾斜壁或垂直管壁向下流动的情形，从实验上观察到三种不同的流动状态:当Re=4T/v<20~30(T为单位湿周的体积流率，v为流体的运动粘度)，流动为层流，膜表面呈平滑状态且膜厚为常数;当200
(a)波峰高度/底层厚度=2.8(b)波峰高度/底层厚度=3.68 图1不同波峰高度/底层厚度比下的流动特性，R=600
大多数模拟结果显示:在孤立波内存在与主流方向相反的回流区，而在其周围的微波内不存在回流区(图1)。回流区的存在，加快了界面处和膜内冷热流体的混合，在一定程度上加强了传热效果，而且，液体表面波的存在，尤其是大孤立波，可有效地喇氏平均液膜厚度，.这些特征可以从理论上解释在波动膜状态下具有强传热传质速率的机理。
2、非牛顿流薄膜流
2.1非牛顿流体层流降膜流
非牛顿流体层流降膜流中质量传递过程.实验系采用温壁塔测定二氧化碳在高分子水溶液中吸收速率。这些溶液符合幂律模型.实验证明非牛顿幂律流体降膜流中考虑速度分布的微分方程精确解是正确的;对拟塑性流体,用无因次长度Z<0.1作为渗透论适用范围的判据是合适的，而精确解则不受此范围的限制。
首先，理论研究方面，液膜表面波动具有三维特征，在传热特性的理论研究中，通常假设液膜为二维流动，且表面无波动和界面切应力保持不变，这与实际的三维波动液膜表面和沿流动方向不断减小的切应力存在一定的差距;而且，影响传热特性的因素种类繁多，如何从理论上进一步完善物理模型有待探讨。其次，实验研究方面，目前所得液膜厚度和传热特性实验关联式间相差较大，实验数据 相对缺乏，建立合理的简化的物理模型或寻求适合工程应用的实验关联式，这也值得进一步深入研究。
2.2流延带的材料
最早用以制造流延带的材料是纯铜。纯铜有良好的延展性，有利于加工成无端带;铜带在使用过程中的变形可用辊压法展平。因纯铜对一般成膜溶液不具有良好的化学稳定性，同时铜带表面的光洁度和平面度不够高，不适于直接在其表面上流延薄膜，而需先在其表面上流延一定厚度的镜面层，在此镜面层上再流延薄膜。镜面层只能使用一定的期限，这样就增加了生产过程的复杂性，又降低了设备的生产能力。虽然如此，由于镜面层的质量改进和用期的延长，仍可见到使用铜带的报道。目前广泛使用的流延带是不锈钢无端带。薄膜和塑料工业的发展要求提高流延带的物理和化学性能。用以制造流延带的不锈钢材应有高的机械强度和硬度(抗拉强度9(Y一100kg/mm2，表面硬度Hd300^-320)，以保证在正常操作张力下不产生变形并且有高的抗擦伤能力;应能易于加工，使之达到镜面光洁度;同时对于成膜溶液应有高度的稳定性。18/8型不锈钢的某些品种(例如AISI304冷轧带材)可以满足这些要求。经过特殊机械加工制成的不锈钢流延带，可达到高度的厚度均一性和获得峰到谷的平均高度值小于0.1微米的镜面。因此，可以直接在这样的带的表面上流延薄膜。国外还制造纯镍带。镍具有高的腐蚀抵抗力，亦不需要中间层，物料可直接在其表面上流延。
牛顿型流体薄膜流中的物质传递与热传递在吸收器、蒸馏塔、薄膜反应器、蒸发器以及吸收式致冷机中的广泛应用，已为人们所熟知。近年来发现，非牛顿流体薄膜流中的传质和反应对于高分子加工、发酵液、生物制药等领域，其潜在的应用也十分广泛。特别是扩散系数的测定，由于非牛顿流体只有在其流动受剪的情况下才显示其特性，所以，一般的非流动情况下扩散系数的测定技术似乎难以利用。因此，对非牛顿薄膜流中的传质和传热加以研究就显得十分必要。
3.薄膜流的应用
新型薄膜覆盖材料的研究和开发是我国设施农业的重要研究方向。根据我国的国情,为满足市场需求,本文在国内首次提出采用日产的明净华涂层薄膜作为我国设施农业的保温覆盖材料。基于材料本身多方面优异性能,研究其在国内设施农业方面的应用前景。通过对新型薄膜覆盖材料的性能分析及其应用效果的研究，在理论和实践两方面加以验证。理论上推论出其具有良好的保温效果,并在后面的应用效果中得到证实。在应用效果上,只对棚内种植番茄 2 的叶数、株高、茎粗、产量、果实等进行了测试和比较分析,作物生长受到光照、温度、水分、肥料、空气等影响。实验在尽量保持温、光、水、肥等基本一致的条件下对作物生长进行对比,在作物的生长阶段里可以较明显的看出日产的明净华涂层膜下的作物长势好、产量高、品质好等华盾棚膜次之。总之，日产的明净华涂层膜在环境特性、光学特性及应用效果等各方面都具有较好的性能,基本上满足市场的需求，为解决目前我国设施农业存在的问题提出一种新的解决方法。
薄膜流涎机是生产包装薄膜的主要生产设备。随着国民经济的高速发展，人们对包装薄膜的需求越来越旺盛,要求也越来越高，这就促使薄膜流涎机生产企业必须高效、高质量地开发、生产符合客户要求的薄膜流涎机。薄膜流涎机模块化参数化设计技术研究,就是利用当前最先进的模块化设计技术并结合参数化CAD设计技术解决薄膜流涎机快速开发设计的问题,提高企业竞争力。现如今的设计，首先对薄膜流涎机模块化参数化设计进行了需求分析,在此基础上,制定了适合薄膜流涎机模块化参数化设计系统的总体方案,并搭建了薄膜流涎机模块化参数化设计系统的框架；然后根据模块化设计的基本原则和方法,并结合薄膜流涎机的功能以及自身结构特点,建立了以固定模块、通用模块和一般模块为基本单元模块,以功能模块为高级单元模块的层次分明的模块结构体系,建立了基本的三维模块库；根据薄膜流涎机自身零部件设计的要求和特点,提出了适合其零部件的参数化设计方法,并以薄膜流涎机收卷机为例,详细介绍了收卷机中各个零部件的参数化设计计算流程,完成了收卷机的参数化设计计算；最后以Visual Basic为二次开发工具,利用SolidWorks的二次开发技术并结合Access数据库,开发出了薄膜流涎机收卷机参数化设计系统。经实例运行可知,此系统可以快速实现收卷机的三维建模,提高设计效率,有较强的实际应用价值。
4.薄膜流国外研究现状
A new approximate analytical technique to address for non-linear problems, namely Optimal Homotopy Asymptotic Method(OHAM)is proposed and has been applied to thin film flow of a fourth grade fluid down a vertical cylinder.This approach however, does not depend upon any small/large parameters in comparison to other perturbation method.This method provides a convenient way to control the convergence of approximation series and allows adjustment of convergence regions where necessary.The series solution has been developed and the recurrence relations are given explicitly.The results reveal that the proposed method is very accurate, effective and easy to use.the unsteady thin film flow of a fourth grade fluid over a moving and oscillating vertical belt.The problem is modeled in terms of non-nonlinear partial differential equations with some physical conditions.Both problems of lift and drainage are studied.Two different techniques namely the adomian decomposition method(ADM)and the optimal homotopy asymptotic method(OHAM)are used for finding the analytical solutions.These solutions are compared and found in excellent agreement.For the physical analysis of the problem, graphical results are provided and discussed for various embedded flow parameters.The thermally activated flux flow effect has been studied in epitaxial FeSe 0.6 Te 0.4 thin film grown by a PLD method through the electrical resistivity measurement under various magnetic fields for B //c and B //ab.The results showed that the thermally activated flux flow effect is well described by the nonlinear temperature-dependent activation energy.The evaluated apparent activation energy U 0(B)is one order larger than the reported results and showed the double-linearity in both magnetic field directions.Furthermore, the FeSe 0.6 Te 0.4 thin film shows the anisotropy of 5.6 near T c and 2D-like superconducting behavior in thermally activated 3 flux flow region.In addition, the vortex glass transition and the temperature dependence of the high critical fields were determined.We report the design methodology of thin film capacitor(TFC)device using thermal evaporation technique for quality study or material differentiation application by testing with liquid(different concentration)and solid.A simple and special modification was incorporated in thermal evaporation setup for depositing semi cylindrical capacitor design on a capillary tube(CT).In order to avoid the disturbance due to electrostatic noise disturbance, TFC was covered with another glass tube, aluminum(Al)metal foil(as shield)and finally by plastic tube cover.Electrodes were taken from the film using silvers paste and connected as input to the LCR-Z meter.The capacitance value of the thin film was varied up to 15-16 pF from the initial value(Al: 129 pF, Cu: 130 pF)when subjected to the static flow.A low cost embedded micro controller module with Liquid Crystal Display(LCD)was developed for the real time testing of TFC.We present results of a numerical study of turbulent droplet-laden channel flow with phase transition.Previous studies of the same system did not take into account the presence of gravity.Here, we do so introducing a thin film of water at the bottom wall and permitting droplets to fall into and merge with it.We treat the carrier phase with the Eulerian approach.Each droplet is considered separately in the Lagrangian formulation, adopting the point-particle approximation.We maintain the film thickness constant by draining water from the bottom wall to compensate for(a)the droplets that fall onto the film and(b)evaporation/condensation.We also maintain on average the total mass of water in the channel by inserting new droplets at the top wall to compensate for the water that has been drained from the bottom wall.We analyze the behavior of the statistically averaged gas and droplet quantities focusing on the heat exchange between the two phases.We increase(a)the initial droplet diameter keeping the same initial droplet volume fraction and(b)the initial number of droplets in the channel keeping their diameter the same.In both parameter studies we find that droplets grow less than in the reference case.In case(a)this is explained by the larger velocity with which they travel to the bottom wall and in case(b)by the lower rate of condensation of vapor due to the presence of neighboring droplets.And we presents an investigation for unsteady MHD flow and radiation heat transfer of a nanofluid in a finite thin film over stretching surface in which the effects of heat generation, thermophoresis and Brownian motion are taken into account.Boundary layer governing differential equations are formulated and reduced into a set of ordinary differential equations by suitable similarity transformations.Solutions are obtained numerically and some interesting results are found.Results show that the film thickness decreases monotonically with unsteady parameter and the magnetic parameter increase but increases with the power law index number m.The temperature profile decreases while the nanoparticle volume fraction increases as the thermophoresis parameter increases.More effects of involved parameters on velocity, temperature and concentration fields are graphically presented and analyzed in detail.Electrophoretic deposition(EPD)of colloidal nanocrystals(NCs)under flow is explored as a general method for the fabrication of semiconducting thin films.For photovoltaic applications, a low process voltage is highly desirable to avoid damaging the accreting semiconductor.Here we report a continuous flow reactor design that can operate at reduced voltage compared to a traditional batch reactor while preserving the electrophoretic velocity of the NCs by utilizing narrow electrode spacing.In a batch reactor, the low ratio of reactor volume to electrode surface area dictated by such a narrow spacing of the electrodes would impose a limit on the mass of nanocrystals that are resident in the reactor and therefore the thickness of the films that can be deposited.By continuously flowing the colloidal dispersion of NCs this limitation is obviated and thick films can be deposited.Through modeling and experiment we demonstrate the process parameters necessary to completely utilize the NCs in the feed solution, thereby achieving nearly 100% atom economy in the deposition process.The reactor design is compatible with large area substrates and is specifically designed to enable continuous, high-rate fabrication of the active layer of photovoltaic cells.The approach to calculating a new form of the exact analytic solution of thin film fluid flows rests upon a sequence of transformations including the modification of the classic technique due to Scipione del Ferro and Niccolò Fontana Tartaglia.Next the authors establish a lemma that justifies the new expression of the exact analytic solution for thin film fluid flows of fourth-grade fluids.Second, the authors apply a modification of the systematic ADM to quickly and easily calculate the sequence of analytic approximate solutions for this strongly nonlinear model of thin film flow of fourth-grade fluids.The ADM has been previously demonstrated to be eminently practical with widespread applicability to frontier problems arising in scientific and engineering applications.Herein, the authors seek to establish the relative merits of the ADM in the context of the thin film flows of fourth-grade fluids.;The ADM is shown to closely agree with the new expression of the exact analytic solution.The authors have calculated the error remainder functions and the maximal error remainder parameters in the error analysis to corroborate the solutions.The error analysis demonstrates the rapid rate of convergence and that we can approximate the exact solution as closely as we please;furthermore the rate of convergence is shown to be approximately exponential, and thus only a low-stage approximation will be adequate for engineering simulations as previously documented in the literature.;This paper presents an accurate work for solving thin film flows of fourth-grade fluids.The authors have compared the approximate analytic solutions by the ADM with the new expression of the exact analytic solution for this strongly nonlinear model.The authors commend this technique for more complex thin film fluid flow models.Evaporation in a thin film induces pronounced temperature gradient and surface tension gradient along the liquid-vapor interface and in turn engenders thermocapillary flow.This study aims to investigate the fluid flow characteristics attributed to the thermocapillarity in an evaporating thin liquid film of polar and nonpolar liquids.A numerical steady-flow model is derived based on the fundamental principles of fluid flow and heat transfer by applying the long-wave evolution technique.To scrutinize the underlying physical transport phenomena associated with the significance of thermocapillary effect in an evaporating thin liquid film, we investigate the hydrodynamic characteristics of thermocapillary convection which is typically characterized by the recirculation flow patterns.The two-dimensional recirculation flow patterns in different excess-temperature regimes are analyzed and a critical turning point at where the flow is reversed due to the thermocapillary action can be identified.Compared to other working fluids, water depicts a unique thermocapillary flow characteristic where its flow lines manifests in the form of swirls along the liquid-vapor interface.The normal and the shear stress distributions further provide a clearer picture on the strength of thermocapillarity to identify the manifestation of thermocapillary flow.The analysis of flow patterns and hydrodynamic behaviors of evaporating thin liquid films provide essential insights in discerning the occurrence of thermocapillary flow as well as the significance of thermocapillarity in polar and nonpolar liquids.The purpose of this paper is to study the thin film flow of a fourth grade fluid subject to slip conditions in order to understand its velocity profile.Design/methodology/approach。An exact expression for flow velocity is derived in terms of hyperbolic sine functions.The practical usage of the exact flow velocity is restrictive as it involves very complicated integrals.Therefore, an approximate solution is also derived using a Galerkin finite element method and numerical error analysis is performed.Findings – The behavior of fluid velocity with respect to various flow parameters is discussed.The results are not restrictive to small values of flow parameters unlike those obtained earlier using homotopy analysis method and homotopy perturbation method.Originality/value – An approximate solution based on finite element technique is derived.总结
液体薄膜流以其高传热传质系数、结构简单且动力消耗小等独特优点，已作为一项高效传热传质技术在传统工业和高新技术领域中得到了广泛的应用。现已成为国际传热传质科学与工程界的一个十分活跃的研究领域，其潜在的技术应用领域将非常广泛。而且，近年来，利用液体薄膜流的特性来解决高技术领域中遇到的高热流密度下的强化换热问题，越来越引起人们的关注，这方面的实例有:大规模集成电路的薄膜冷却、第二代核电站安全壳的薄膜蒸发冷却方案、液滴辐射器以及新型太阳能集热器、液膜除尘器等。显然，要充分发挥液体薄膜强化传热传质的优势，一个至关重要的问题就是要弄清其内在的流动过程和传热传质机理，维持薄膜流动稳定，使之均匀地包覆在传热表面；否则一旦液体薄膜发生破断，传热表面出现干斑或干区，那么就会引发各种各样的严重后果，诸如热敏性物料变味变质、非热敏性物料结焦、以至堵塞传热管，而在有些情况下，传热表面就会因干区温度急剧上升而过热或烧毁。本文对非牛顿薄膜流中物质与热能传递的规律性，寻求其浓度分布表达式以及局部和平均Sh数的理论值，然后再与实验数据相互对照、并介绍了薄膜流在工业上的应用，目前己取得了大量的研究成果，并得到了广泛的工业应用。但在有些方面，所得的认识规律尚不统一，因此仍需深入研究。
参考文献
[1].液体薄膜流的流动和传热特性
阎维平;叶学民;李洪涛 华北电力大学学报 2005-01-30 [2].液体薄膜流稳定性和破断特性的研究进展
叶学民;阎维平华北电力大学学报 2006-11-30 [3].非牛顿流体薄膜流中传质和传热的理论研究
江体乾;黄德成;瞿谷仁化工学报 1982-05-01 [4].非牛顿流体薄膜流中质量传递的实验研究
江体乾;褚家瑛;徐英农 化工学报 1984-08-28 [5].薄膜流延带及其应用
詹绍源 感光材料 1984-06-29
[6].新型薄膜覆盖材料的性能分析及其应用效果的研究
李胜战 西北农林科技大学 2009-05-01 [7].薄膜流涎机模块化参数化设计技术研究
林元华 南京理工大学 2011-12-01 [8].壁面薄膜流的热质传递和稳定性研究
叶学民 华北电力大学（河北）2002-07-01 [9].全自动精密薄膜流延机的设计方案
林伟强 机电工程技术 2001-12-30
[10].Optimal homotopy asymptotic method with application to thin film flowVasile Marinca;Nicolae Herişanu;
Iacob Nemes De Gruyter2008 [11].Unsteady thin film flow of a fourth grade fluid over a vertical moving and oscillating beltTaza Gul;Fazle Ghani;S.Islam;R.A.Shah;I.Khan;Saleem Nasir;S.Sharidan;爱思唯尔期刊2015 [12].Thermally activated flux flow in superconducting epitaxial FeSe 0.6 Te 0.4 thin filmD.Ahmad;W.J Choi;Y.I.Seo;Sehun Seo;Sanghan Lee;Yong Seung Kwon
爱思唯尔期刊2016 [13].Design of Thin Film Capacitive Sensor for Flow MeasurementK.J.Kumaresh;P.Deepak Raj;M.Sridharan;爱思唯尔期刊2016 [14].Influence of H 2 flow ratio on the photoelectric properties of hydrogenated AZO thin films with embedded silver layerGenghua Yan;Ye Yuan;Wenli Chen;Ruijiang Hong;
Materials Letters2016 [15].Heat transfer in droplet-laden turbulent channel flow with phase transition in the presence of a thin film of waterA.Bukhvostova;J.G.M.Kuerten;B.J.Geurts;International Journal of Heat and Fluid Flow2016 [16].Unsteady MHD flow and radiation heat transfer of nanofluid in a finite thin film with heat generation and thermophoresisJing Li;Liancun Zheng;Lin Liu;Bandar Bin-Mohsin
Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers2016 [17].Thin films of copper indium selenide fabricated with high atom economy by electrophoretic deposition ofnanocrystals under flowAndrew D.Dillon;Long Le Quoc;Mustafa Goktas;Borirak Opasanont;Subham Dastidar;Shawn Mengel;Jason B.Baxter;Aaron T.Fafarman2016 [18].Exact and approximate analytic solutions of the thin film flow of fourth-grade fluids by the modified Adomian decomposition methodLazhar Bougoffa;Jun-Sheng Duan;Randolph Rach International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow2016 [19].A hydrodynamic analysis of thermocapillary convection in evaporating thin liquid filmsElaine Lim;Yew Mun Hung;Boon Thong TanInternational Journal of Heat and Mass Transfer2016 Hanifa Hanif;Abdul WahabInternational Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow2015
磁性薄膜电磁参数测试技术 篇5
磁性薄膜电磁参数测试技术
扼要介绍了近国内外在磁性薄膜材料电磁参数测试方法的概况及技术特点,这些方法主要包括带状线法、微带线法、波导法及共面波导法、终端阻抗及短路法和谐振腔法.
作 者：陈雪飞 郭高凤 周扬 李恩 作者单位：电子科技大学电子工程学院,成都,611731 刊 名：宇航材料工艺 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY 年，卷(期)： 40(2) 分类号：V2 关键词：磁性薄膜 电磁参数 网络参数法 谐振腔法 Magnetic thin film Electromagnetic parameters Network parameter method Resonant cavity methodPVA与淀粉薄膜的研究应用 篇6
水溶性薄膜是由水溶性高分子制成。水溶性高分子可分为三大类:(1)合成高分子，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸和聚乙烯醇类高分子等；(2)半合成高分 子，如纤维素醚、淀粉和天然树胶的衍生物等；(3)天然高分子，如天然淀粉和天然树胶等。从理论上讲，所有这3类高分子都可由不同的方法，如流延、涂层、喷涂和熔融挤出制成薄膜。本文仅讨论熔融挤出法PVA与淀粉水溶性薄膜，因为熔融挤出法是工业化生产薄膜最常用和效率最高的方法。
PVA是一种性能优良的水溶性高分子。由PVA制成的水溶性薄膜不仅力学性能优良，阻气性优异，而且在一定条件下可生物降解。工业化水溶性薄膜最早由 PVA用流延法生产。使用熔融挤出法生产的一大困难就是PVA分子中含有大量羟基，形成氢键，而且分子中含有结晶结构，使其熔点高于分解温度。PVA的熔 融温度约190℃，而分解温度则从140℃即开始。在加工过程中首先要使用增塑剂(如甘油和水)在一定的温度下使PVA凝使用来源于可再生资源的高分子材 料研究开发出环境友好高分子材料是当今世界上一个热门研究领域。淀粉由于来源广泛，价格低廉，被认为是最有潜力的材料。与PVA相同，淀粉分子中也含有大 量的羟基，而且也含有结晶结构，熔点(230℃)远高于其分解温度(170℃)。在加工过程中也涉及到将其中的结晶结构破坏的问题，这就是淀粉的糊化。
本文介绍PVA和淀粉水溶性薄膜，特别是后者研究的最新成果和应用进展。
PVA水溶性薄膜
20世纪60年代末，Takigawa等人首先报道了用熔融挤出法生产PVA薄膜。熔融挤出PVA薄膜最初是由两步法制成的，第一步是将PVA与增塑剂混 合后由挤出机挤出造粒；第二步是吹塑成膜或熔融挤出拉伸成膜。后来为了降低成本，提高生产效率与产品质量，开发出了一步熔融挤出法生产PVA薄膜。
1.1 PVA薄膜的一步熔融挤出加工
图1(略)为一步熔融挤出法的生产工艺流程图。PVA首先与增塑剂在高速捏合机中处理，制出可自由流动的凝胶颗粒，然后熔融挤出吹塑成膜或挤出拉伸成膜。在这一过程中，关键是利用高速捏合机制成自由流动的凝胶颗粒。
在高速捏合机处理过程中要达到两个目标:一是使PVA凝胶化，破坏PVA的结晶结构以降低其熔化温度；二是要使PVA仍保持可流动的颗粒状态，使其可在挤 出机的料斗中自由流动以便加料。为实现这两个目标，首先将PVA放入高速捏合机，在低速(500r/min)下慢慢加入增塑剂。此时增塑剂与PVA得到均 匀混合并吸附在PVA颗粒的表面。然后逐渐升温到80℃，并提高转速到2000r/min，使增塑剂渗入到PVA颗粒中使其溶胀。在这一过程中，PVA颗 粒中的结晶结构由于增塑剂的渗入和颗粒溶胀过程的力而破坏，使PVA凝胶化。其结果类似两步挤出法中的第一次挤出造粒。此时由于PVA凝胶化而且温度较 高，颗粒增大数倍而且变软，趋于结块。但在高速捏合机的高速剪切下，PVA颗粒仍保持可自由流动的状态。
处理后的PVA就可直接用于熔融挤出吹塑成膜或挤出拉伸成膜。由于是一步挤出法，不仅降低了加工成本，而且作为增塑剂的水的含量在凝胶化过程中也较容易控制。
1.2 PVA薄膜的水溶性
由于产品的要求不同，PVA水溶性薄膜可制成不同溶解度和溶解速率的制品。PVA薄膜的溶解度和溶解速率是由多方面因素决定的。例如PVA的聚合度、醇解 度以及增塑剂的种类和含量等。尤其是增塑剂的种类和含量常用来控制PVA薄膜的溶解度和溶解速率。从理论上讲，所有带羟基的小分子都可用作PVA的增塑 剂，例如各种醇类。工业上最常用的就是水和丙三醇(甘油)的共混物。图2(略)是以DuPont公司的聚乙烯醇(ELVANOL 71-30)为原料，以不同比例的水和丙三醇为增塑剂的熔融挤出吹塑膜，在不同增塑剂含量与在水中完全溶解所需时间的关系。可以看出，随着增塑剂含量的增 加PVA薄膜更易溶于水。在水和丙三醇的混合增塑剂中，含有较高丙三醇比例的薄膜更易溶于水。这主要是因为丙三醇具有较强的吸水性，而且在加工过程中增塑 剂的损失(蒸发)较少。
淀粉基水溶性薄膜
淀粉基材料加工成型困难；这是由于其微观结构的复杂性决定的，即人们可以设计聚合物的微观结构，可以控制相对分子质量及其分布，但难于改变淀粉颗粒的内部 结构。淀粉颗粒内部结构的发展演变是为了满足植物自身的需要，如储存能量，而且相当复杂。淀粉是一种由重复的葡糖基单元构成的多矿类物质，根据植物种类和 遗传背景的不同，其中所含淀粉的结构也不相同。从化学角度讲，大多数天然粒状淀粉是下面两类淀粉的混合物:一类是含有?1,4苷键连接的直 链结构，即直链淀粉；另一类是支链淀粉，含有以1,6苷链短支链的高支化结构。从物理角度讲，淀粉颗粒含有结晶和无定形结构。
与PVA相同之处就是淀粉中也含有大量的羟基，也含有结晶结构(约30%)，熔点远高于其分解温度，所以，在加工过程中也要将其中的结晶结构。
2.1 淀粉的糊化与加工
淀粉基材料的加工性能由淀粉的糊化过程控制。所谓糊化是指通过引入小分子物质到聚糖链中，破坏其结晶，使淀粉的颗粒变成无定形结构。理论上讲，所有小分子 极性物质均可以作为糊化剂使用，而在实际应用中，水是应用最广泛的糊化剂。水在淀粉食品工业中的应用已有许多个世纪了。
DSC分析广泛应用于淀粉的糊化研究。淀粉的糊化最先是从无定形部分开始。在水的存在下，淀粉的这种从有序到无序的转化可以多种方式进行，糊化过程的发生 主要依赖于淀粉中水分的含量，在无剪切应力作用下，如淀粉中的水分含量低于70%时，糊化作用分两步，即无定形相的糊化和结晶相的熔融。淀粉的熔融温度也 取决于其中水分的含量，随着淀粉含水量的增加熔融温度降低，当水分含量超过70%时，结晶相的熔融与无定形相的糊化温度相重叠。图3(略)为不同淀粉在水 分含量70%时的糊化温度。从中可以看出，许多淀粉的糊化温度均分布在50-100℃范围内，通常是，直链淀粉含量越高，糊化温度就越高，并且有较宽的糊 化温度范围。一步和两步熔融挤出法均可用于淀粉基水溶性薄膜的生产。
2.2 薄膜的力学性能
由于淀粉的结构非常复杂而且均一性差，因此淀粉基材料的力学性能受到多方面因素的影响。例如淀粉的种类、淀粉中直链淀粉与支链淀粉的比例、淀粉的相对分子 质量和其他物质(如蛋白质与脂肪)的含量、加工中所用增塑剂的种类和用量、加工方法和测试环境(湿度和温度)以及淀粉的重结晶因素等。在这里仅以不同直链 /支链比例的玉米淀粉在不同取向度下的力学性能为例，讨论淀粉基材料的微观结构与力学性能的关系，如图4(略)所示。取向度由熔融挤出拉伸时片材模头前的 三辊转速控制。牵引速度为100mm/min时，测试样条厚度约0.15mm，分别从不同样品上挤出拉伸的纵向和横向取得。由图4可以看出:(1)高直链 淀粉有较强的拉伸强度；(2)增加取向度可提高拉伸强度；(3)取向度对高直链淀粉的拉伸强度影响较大；(4)高直链淀粉在拉伸取向后，纵向拉伸强度与横 向拉伸强度的差距增大。
通过加工过程中的分子取向提高拉伸强度已广泛应用于各种塑料制品中，如聚烯烃的双向拉伸膜，拉伸强度可提高10倍以上，但淀粉基塑料的提高不如聚烯烃的明 显，尤其是高支链淀粉。这是淀粉的特殊结构所决定的。前面已提到，支链淀粉是短支链的高支化结构。这些短支链平均仅有5-6个葡糖基单元组成，并且每两条 短支链形成双螺旋的结晶结构。淀粉糊化过程将这些双螺旋的结晶结构破坏。在每一条主链上的大量短支链聚集在一起形成“微球”，而糊化后的淀粉分子则是由这 些“微球”聚集在一起形成“凝胶球”结构。在取向剪切力作用下，这些“凝胶球”可在增塑剂的润滑下自由滑动，取代了分子链沿剪切力方向的取向，因此降低了 拉伸取向对力学性能的影响。用于解释这一现象的模型已由X射线衍射的研究证实。应用
薄膜电容器 篇7
本研究采用无模板和表面活性剂的简单绿色水热合成方法制备δ-MnO2纳米片, 并进行探究。
1 实验部分
1.1 材料与合成
高锰酸钾, 上海凌峰公司;冰醋酸, 上海申博公司;四氯金酸, 上海试剂一厂;无水乙醇, 上海凌峰公司;1-甲基-2-吡咯烷酮 (Alfa Aesar, 98%) , 南京化学试剂公司;盐酸, 南京化学试剂公司;无水硫酸钠, 国药集团;泡沫镍, 长沙力元公司;乙炔黑 (Alfa Aesar) , 零售。所有试剂均为分析纯。水溶液均用去离子水配置。电化学工作站 (上海辰华CHI 660D型) 。
1.1.1 2Dδ-MnO2纳米片的合成
0.05mmol的KMnO4溶于22mL去离子水中, 滴加0.2mL冰醋酸, 混合液转移到水热釜中, 密封在120℃下反应2h。冷却到室温后, 所得黑色固体粉末经过滤, 用水、乙醇-水混合物、乙醇反复洗涤除祛可能残留在产物中的离子, 最后在真空箱中80℃下干燥6h。每釜可合成约3.6mg产物。
1.1.2 薄膜MnO2纳米结构的合成
实验过程除了在初始反应物中添加HAuCl4 (2.29μmol) 外, 与上述制备2Dδ-MnO2纳米片过程相同。
1.2 表征
样品的形貌和尺寸的表征, 用日立S-4800场发射扫描电子显微镜, 电压为5kV。样品的TEM表征, 用日本电子公司型号为JEM-1010的电镜, 电压为80kV, 将样品分散于乙醇中, 然后将分散液滴置在铜网的碳支持膜上用于TEM表征。样品的X射线衍射表征, 用日本理学公司阳极转靶X射线衍射仪D/max-2500/PC, Cu Kα射线 (λ=0.154178nm) , 加速电压40kV, 扫描范围2θ=10~90°, 步长为0.02°。纳米结构锰氧化物表面积和孔结构的测定, 采用氮气吸/脱附方法, 采用ASAP 2020分析仪, 样品在80℃下真空抽气12h在77K下通过氮气吸附测算BET比表面积。
1.3 电化学测试
电化学测试在CHI 660D电化学工作站含1mol/L的Na2SO4水溶液的三电级电解池中进行。工作电极材料是将活性材料、乙炔黑、聚四氟乙烯按照质量比75∶20∶5混合制得的。向混合物中滴加N-甲基吡咯烷酮搅拌1h使组分混合均匀。在10MPa压力下将浆料压制在泡沫镍集流体上 (1.0cm×1.0cm) , 然后将电极在真空箱中80℃干燥2h。铂片和填充3mol/L KCl溶液的Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极。
2 结果与讨论
2.1 晶体结构和形貌
层状δ-MnO2通常是在碱性条件下合成的。但是, 在酸性溶液中, 冰醋酸可以加速水热反应。可能的化学总反应推测, 见式 (1) [11]。
粉末X射线衍射图见图1。图1 (a) 中, 2θ=12.3°、24.7°、36.6°、65.4°的衍射峰对应菱形晶相δ-MnO2 (JCPDS No.86-0666, rhombohedral, R-3m[166], a=2.849, b=2.849, c=21.536) , δ-MnO2是天然的由共边的MnO6八面体组成的层状结构矿物, 主要含有Mn4+离子作为中心离子, 一些Mn4+离子被Mn3+代替, 由此产生的负电荷需要由客体阳离子嵌入来平衡, 通常是一些水合碱金属, 层间距为0.73nm。图1 (b) 为MnO2薄膜XRD衍射图, 2θ=38.1°、44.1°、64.5°、77.5°、81.2°的衍射峰对应着立方晶相Au[JCPDS No.65-2870, cubic, Fm-3m (225) , a=4.079, b=4.079, c=4.079], 2θ=12.2°、25.2°、28.3°、36.6°、38.1°、40.3°、65.7°, 归属于钡镁锰矿型MnO2[JCPDS No.84-1712, monoclinic, P2/m (10) , a=9.764, b=2.842, c=9.551]。从图1 (b) 可知衍射峰轻微地向衍射角减小的方向偏移, 主要是由掺杂物占据晶格间隙位置引起的[12,13]。Jana S等[14]在制备Ag掺入的β-MnO2纳米结构也观察到了晶格间距增加的现象。产物中并未观察到金氧化物的杂质峰。可以看到金离子的引入对MnO2纳米结构有影响。
图2 (a) 显示产物由二维片状纳米结构组成, 图2 (b) 中纳米片表面是褶皱的, 5~10nm厚, 横向尺寸在400~700nm。图2 (c) 清楚地显示了由超薄纳米片自组装的直径约600nm的二级花状分级结构, 此外观察到了单一分散的纳米片, 说明花状球形结构是靠薄片间的微作用力 (范德华力或氢键) 由纳米片自组装而成。图2 (d) 和图2 (e) 分别显示了由厚度约10nm的纳米片或纳米纤维交织组成的连续薄膜结构。薄膜具有三维的多孔结构, 孔径大小约50nm。图2 (f) 显示了薄膜截面纳米片或纳米纤维是交织生长在一起的。
图2表明Au3+离子的引入对连续薄膜的形成起到了关键作用。尽管Gao Y Q等[15]指出不同的阴离子可能对MnO2纳米晶体的形貌产生影响, 但当用等量的盐酸来代替原料中HAuCl4中Cl-的量, 所得产物的形貌 (图3) 与图2 (a) 中的形貌相似, 并没有观察到连续的薄膜。可将薄膜的生长机理作如下推理:MnO2薄膜结构是从层状δ-MnO2演变而来, 在水热过程反应中AuCl4-的水解产物优先吸附于δ-MnO2上, 在酸性条件下同样的Au浓度吸附在δ-MnO2的AuCl2-明显低于AuCl4-[16]。这种选择性吸附可以归结为孔道结构和层状结构的离子筛作用。Au3+离子嵌入层状δ-MnO2内层空间中以平衡Mn3+取代Mn4+引起的净负电荷。由于表面自由能的减少。MnO6八面体片层重组为钡镁锰矿型的一维孔道骨架结构, 由形成 (3×3) 孔道的共边的MnO6八面体三重链组成 (孔径约2.7) [17]。弱的作用力 (范德华力或氢键) 和减少的表面自由能最终导致了连续的MnO2薄膜的形成。
Kanoh H等[17]曾报道过Mg2+离子可以通过萃取反应嵌入到经过酸处理的钡镁锰矿样品的 (3×3) 孔道中。因为Mg2+ (0.86) 离子半径与Au3+ (0.85) 半径是如此地接近, 所以有可能Au3+离子起到了Mg2+离子相似的作用。然而, 尽管有强氧化作用的MnO2的存在, 剩余的吸附的Au3+离子在缺少具体还原剂的情况下被迅速地还原为Au (0) , 这还原可能是因为吸附的Au3+络合离子氧化还原电势改变引起的, 或者溶液中的氯离子, Mn3+离子和MnO2表面的羟基官能团对Au3+离子具有还原作用[18]。
2.2 氮气等温吸附线分析
由图4可知MnO2薄膜等温线为IV型等温线, 说明材料具有介孔特征。孔径主要集中在10.6nm和32.6nm, 这种多级孔道应该是由薄膜中纳米片或纳米纤维相互交织形成的, 提供了有效的传质路径。此外, 比表面积为146.49m2/g, 这大于Huang等[9]报道的数值, 他们报道了Li+嵌入的层状二氧化锰, 其最高的BET比表面积为70m2/g, MnO2薄膜较大的比表面积和多级孔道结构利于其与溶液的接触以及电荷的传递, 亦有利于电容的提高。
2.3 电化学性质
图5 (A) 为两样品在10mV/s扫描速率下的特征循环伏安曲线。矩形对称的循环伏安曲线证明了理想的快速充放电过程的赝电容特性。在2mV/s扫速下二氧化锰薄膜具有增强的比电容302F/g, 而二维层状δ-MnO2只有212F/g。即使在100mV/s的高扫描速率下MnO2薄膜的循环伏安曲线仍然是矩形对称的。此外, 对裸泡沫镍电极在相同的电解质中的循环伏安曲线进行了研究, 发现如之前文献报道的一样泡沫镍没有任何电容特性[19]。图5 (B) 为两样品在2A/g的电流密度下的充放电曲线。充电曲线与相应的放电曲线是对称的。
更重要的是, 薄膜MnO2不仅增强了比电容, 而且在一定程度上提高了倍率特性和在高电流密度下稳定性。图5 (C) 为2个样品比电容随电流密度变化的函数图, 相比于在1A/g电流密度下的比电容值, 薄膜MnO2在8A/g (171F/g) 电流密度下的比电容值保持了其64.34%。而二维层状δ-MnO2其比电容值在同样的电流密度8A/g下减少至101F/g, 约49.28%的保持率。
(a为二维层状δ-MnO2;b为薄膜MnO2)
图5 (D) 可看到在最初充放电循环中薄膜比电容有明显的增加, 这是由样品结构的活化和孔的张开引起的。500次充放电循环后比电容损失了约5.86%, 澄清的电解液意味着极少量的活性物质溶解到溶液中去, 而活性物质的少量溶解可能是锰氧化物基电容器比电容损失的主要原因。图5 (D) 的内部图为薄膜MnO2在6A/g的电流密度下循环500次后线性对称的恒电流充放电曲线, 表明其具有良好的电化学稳定性。在6A/g的电流密度下循环500次后, 约100%的库伦效率表明薄膜MnO2具有良好的电化学适用性和较高程度的氧化还原过程。
这种比电容随电流密度增加而减小的现象, 归因于电解质中离子 (Na+, K+, H+) 对MnO2的嵌入-脱嵌行为的差异。在低的电流密度下 (1A/g) , 电解质中离子能够扩散到电极中几乎所有的孔道, 导致了彻底的嵌入反应, 因此产生较高的比电容。但随着电流的增加, 碱离子来不及进入体相而只能在电极表面进行, 结果导致了电容的降低。因此, 氧化还原过程主要是由溶液中Na+等离子在微孔氧化锰纳米结构中嵌入/脱嵌引起的。同Toupin M等[20]报道的类似, 其符合充放电机理, 见式 (2) 。
式 (2) 中, A代表着离子如Na+、K+和H+等。
图6为MnO2薄膜在不同放电电流密度下的恒电流充放电曲线。依据恒电流放电曲线的比电容值的计算公式:c=IΔt/ (ΔVm) , 其中I是放电恒电流, t是放电时间, V是放电过程中电压降。比电容值在1A/g、2A/g和4A/g的放电电流密度下分别为265F/g、246F/g和213F/g。而二维层状δ-MnO2样品在2A/g电流密度下比电容值仅为163F/g。薄膜MnO2增强的电容性能主要归因于活性材料的有效利用。
图7为两样品的Nyquist图, 曲线由低频区的斜线和高频区的半圆两部分组成, 在高频区, 电极复平面图呈现不规则半圆, 电极过程为电化学极化控制, 薄膜MnO2的半圆直径比层状δ-MnO2小得多, 说明其电极/电解质界面的电荷转移电阻较低。而在低频区, Nyquist图变现为直线, 表明电极过程为扩散控制过程, 样品薄膜MnO2阻抗图斜率大于层状δ-MnO2阻抗斜率, 表明薄膜MnO2具有较快的扩散速度, 具有较好的电容性能。连续的电子传导氧化物骨架利于电子的传导, 膜的多孔性利于消除氧化还原过程中孔内电解质的传质阻力, 并且能够改善充放电能力。
3 结论