2023年, 第43卷, 第04期　
刊出日期：2025-06-18

  

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  面向增材制造的汽车轴承支座轻量化设计

  林琬淳, 杨济硕, 杨国溪, 杨孟杰, 徐榕蔚

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 259-264. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.002

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  拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合使轻量化设计拥有无限可能，而增材制造技术使其制造成为可能，极大推动了其发展应用的可能性。将拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合对汽车轴承支座进行轻量化设计，采用变密度拓扑优化技术建立SIMP-刚度材料密度插值模型优化轴承支座的材料密度分布，划分出0～0.4、0.4～0.8、0.8～1.0三个相对密度区间，以相对密度为0.2、0.6、1.0的体心立方晶格结构对应3个相对密度区间区域进行填充，组装整合得到轻量化设计的汽车轴承支座。通过有限元分析其安全性能，结果表明：轴承支座的整体应力应变梯度分布均匀，材料利用率提高，最大应力由原始模型的215 MPa转变为356 MPa，仍满足使用要求，而质量相对于原始模型降低53.89%，达到轻量化效果。该设计思路为航空航天、汽车船舶等领域的机械结构轻量化提供了一种有效实用的新方法。
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  激光植球焊点剪切强度研究及断裂途径分析

  石凯, 潘开林, 黄伟, 郑宇, 欧文坤, 潘宇航

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 265-270. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.003

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  为提高激光植球焊点的可靠性，研究了不同工艺参数对激光植球焊点剪切强度的影响，分析了不同剪切情况下焊点的断裂途径。实验材料为SAC焊球，直径为500μm,以Au-Ni/P-Cu为基底，通过激光植球机进行焊点的制备。通过正交试验及极差、方差分析法发现激光功率对焊点剪切强度影响最大，推断出工艺参数的最优组合。通过改变剪切参数，用电子显微镜(SEM)对焊点的断裂面进行观察，分析其断裂途径，发现降低剪切高度及加快剪切速度均会使焊点的断裂途径发生变化，焊点由完全的韧性断裂向脆性断裂转变。本研究可为提高激光植球过程中焊点的强度及不同外界条件下器件的使用提供一定参考。
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  半导体技术发展趋势探究——以射频功率放大器为例

  胡单辉, 林倩, 邬海峰, 陈思维, 王晓政, 贾立宁

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 271-281. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.001

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  在分析射频功率放大器(RF PA)的半导体材料、芯片研究现状基础上，总结了半导体技术的发展趋势。通过对半导体材料的特性和PA芯片的性能指标进行分析，发现三代半导体材料皆有优缺点，可根据需要将其分别应用在不同场景，实现共同进步、协调发展。随着PA芯片面积逐渐减小、频率不断增大，对第三代半导体材料和硅基合成材料功放的研究将是未来的热点。为了进一步加快PA的研究进程，通过文献调研总结了半导体技术的5个发展趋势，为RF PA的性能提升和技术发展提供了重要参考，可为我国突破国外厂商壁垒，进一步提升在电子信息、芯片研发领域的核心竞争力奠定一定基础。
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  温湿度对碳纤维复合材料许用值影响的试验研究

  田建峰, 张金奎, 孙科, 高涛, 张应红

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 282-287. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.004

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  基于复合材料结构许用值试验方法，开展了温度与湿度对复合材料结构许用值影响的试验研究。结合ASTM试验标准和充分取样方法，进行不同环境条件下碳纤维复合材料单层0°拉伸、单层0°压缩、单层90°拉伸、单层90°压缩试验，并利用数理统计方法和数据处理方法得到各类试验项目极限应变B基准值，对碳纤维复合材料拉伸性能环境影响系数进行计算分析。试验结果表明：在低温干态（CTD）工作环境下，随着温度和湿度的降低，试件的极限应变变小，拉伸性能变差；在高温湿态（ETW）环境下，随着温度和湿度的提高，试件的极限应变变小，压缩性能变差。碳纤维复合材料拉伸性能环境影响系数均值为1.050，压缩性能环境影响系数均值为1.366。在高温高湿和低温环境下，碳纤维复合材料的力学性能会表现出较大的差异，复合材料性能应充分考虑使用环境的影响。
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  Mn掺杂Cs_xRb_1-xCdCl₃钙钛矿的光学性质和湿度稳定性

  卢翠玲, 赖兴桦, 王子毅, 常通, 曾若生, 蔡春晓

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 288-294. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.006

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  利用简单的溶剂法在室温条件下合成了一系列的x%Mn:CsCdCl₃钙钛矿材料，并通过结构和光学性能表征研究了不同Mn²⁺离子掺杂浓度对CsCdCl3结构和光学性能的影响。通过A位Rb合金化对其光学性能进行调控。实验结果表明，Mn²⁺离子掺杂可有效增强CsCdCl₃的光致发光强度，当Mn²⁺离子掺杂浓度为1%时，光致发光强度达到最大；少量Rb⁺离子的引入可进一步增强CsCdCl₃的光致发光强度，当Cs/Rb比为3:1时，达到最大。此外，在相对湿度为100%的环境中处理样品5 h，根据其光致发光强度的变化可知，与未合金化的1%Mn:CsCdCl₃相比，合金化的1%Mn:Cs_0.75Rb_0.25CdCl₃样品具有相对较好的湿度稳定性。
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  K⁺诱导氰基修饰g-C₃N₄光催化剂的一步合成及性能

  李亚莹, 薛小刚, 徐芬, 孙立贤, 王颖晶, 廖鹿敏, 李彬, 邹勇进, 张焕芝

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 295-305. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.008

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  为了提高石墨相氟化碳（g-C₃N₄）的可见光利用率，采用同时加热尿素和氢氧化钾的一步热缩合法制备K⁺掺杂g-C₃N₄（CN-K_x）。XRD、SEM、TEM和EDX图谱分析表明，K⁺成功地掺杂在g-C₃N₄上；FTIR和XPS结果证实K⁺掺杂后g-C₃N₄表面有氰基生成；PL、EIS和瞬态光电流响应数据表明，掺杂后形成的氰基与K⁺之间具有协同作用，这有利于光生电子-空穴的分离和转移，提高光催化活性。光降解实验结果表明，优化后的CN-K_0.009样品在80 min内能去除100%的罗丹明B （RhB）,且RhB的降解速率达0.054 min^-1,是纯氮化碳的4.2倍(降解速率为0.013 min^-1);进一步的带隙分析表明，CN-K_0.009的带隙从纯氮化碳的2.67 eV缩短到2.59 eV,这是由于K⁺辅助聚合的作用增强了可见光吸收和载流子传输。动力学研究结果表明，超氧自由基和空穴（h⁺）主导了RhB氧化过程。另外，CN-K_0.009同样能高效降解其他有机污染物，比如碱性品红（91.7%）、刚果红（85.7%）和四环素（74%）。
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  M相六角铁氧体的固相法与溶胶凝胶法制备及磁电性能

  杨瑞鑫, 王松伟, 张鑫, 崔梦范, 张亚乐, 邓胜龙, 周欣

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 306-312. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.007

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  为探究BaFe_10.2Sc_1.8O₁₉样品在室温下的磁电耦合性能，使用固相法和溶胶-凝胶法制备BaFe_10.2Sc_1.8O₁₉样品。使用X射线衍射仪确定物相结构，样品均为单相多晶体，其空间群是P63/mmc。使用场发射扫描电镜观察表面形貌，固相法制备的样品成分分布不均匀，存在“富钪相”;溶胶凝胶法制备的样品的成分分布均匀，晶粒呈六角形貌，晶粒尺寸约3～5μm。分别对溶胶凝胶法和固相法制备的样品的磁性进行研究，结果表明，固相法在250 K左右发生相转变，室温下的磁滞迴线并未表现出磁电耦合的行为；而溶胶凝胶法制备的样品在330 K附近发生磁相变，结合此相变点上下温度的磁滞迴线的研究，表明该相变对应亚铁磁到锥形磁结构的变化。磁电容和磁化强度随磁场类似的变化关系表明，该锥形磁结构能够诱导铁电极化，这可以根据反DM相互作用来理解。
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  锂磷氧氮薄膜电解质的制备与结构分析

  张敏, 牛亚军, 张浩昌, 俞兆喆, 田冰冰

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 313-318. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.011

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  锂磷氧氮（LiPON）是薄膜电池应用中最具代表性的薄膜固态电解质，还被用作界面保护层，用以提高电解质与正极、负极的界面稳定性。采用射频磁控溅射方法，以Li₃PO₄为溅射靶材，在N₂气氛下沉积LiPON薄膜固态电解质。通过优化溅射功率、工作压强、基底温度等工艺条件，制备出表面致密、均匀、无缺陷的LiPON薄膜。XPS测试结果表明，薄膜的溅射过程是一种反应式溅射，N取代Li₃PO₄结构中的桥氧键（—O—）与非桥氧键（=O），形成氮三配位键N_t（—N<）和氮双配键N_d （=N—），构成网状结构的LiPON薄膜。测得LiPON薄膜固态电解质的室温离子电导率为7×10^-7S·cm^-1，电子电导率为4.8×10^-13 S·cm^-1。LiPON薄膜固态电解质致密的形貌和稳定的电化学性能使得LiPON在薄膜电池及固态电池界面改性中的应用具有显著优势。
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  微波烧结钛酸钡陶瓷的微观结构及介电性能

  万乐, 朱归胜, 徐华蕊, 付振晓, 胡春元

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 319-324. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.009

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  为了提高BaTiO₃陶瓷的性能，以固相法合成的高四方相钛酸钡粉体为原料，采用微波烧结法和传统烧结法制备了钛酸钡陶瓷，通过XRD、SEM、XPS、LCR分析仪对样品进行表征，并分析了微波烧结与传统烧结制备的钛酸钡陶瓷的成分偏析差别。实验结果表明，微波烧结制备的钛酸钡陶瓷颗粒尺寸均匀，界面处Ba原子偏析少，因而钛酸钡陶瓷的常温介电常数得到显著的提升。经微波1 100℃烧结2 h的钛酸钡陶瓷的颗粒尺寸为1μm,其在10 kHz下的常温介电常数为5 688,介电损耗为0.021,而经传统1 250℃烧结2 h的钛酸钡陶瓷断面未出现明显颗粒，其在10 kHz下的常温介电常数仅为3 257,介电损耗为0.021。
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  基于压电陶瓷的生理信号监测算法

  董明阳, 叶松, 汪震, 陈毅

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 325-330. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.010

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  为实现低成本、非接触式、实时监测人体呼吸、心率等有利于疾病预防和健康管理的生理信号，设计了基于压电陶瓷的非接触式生理参数监测系统。通过压电陶瓷传感器将人体呼吸、心跳以及其他微弱震动产生的压力变化信息转换为电信号，从而获得原始生理信号。采用小波硬阈值算法对原始生理信号进行预处理去噪，选择合适的小波基、分解层数及硬阈值函数，滤除干扰信号。采用变分模态分解算法对预处理后的生理信号进行分解，根据分解后各个模态分量的频谱分布特点进行生理信号的重构，分解出原始生理信号中的呼吸信号和心冲击信号。与先经过巴特沃斯滤波器预处理再进行信号分解相比，变分模态分解算法具有更好的还原性。实验结果表明，该方法既能准确分离呼吸信号、心冲击信号，也能保留心冲击信号更多的尖峰特征。
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  一种用于检测结直肠癌症标记物的太赫兹超材料传感器

  王尧, 胡放荣, 张隆辉, 江明珠

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 331-339. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.012

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  为了验证血浆外泌体作为检测结直肠癌的新型生物标记物的可行性，设计了一种太赫兹超材料生物传感器。采用基于有限积分时域方法的全波电磁仿真软件进行器件结构设计，并采用表面微加工工艺制造样片。为了提高二氧化硅表面的粘接性能，采用硅烷偶联剂APTES来增强粘附性，使用金纳米粒子(AuNPs)修饰生物传感器表面。通过配体交换法，在AuNPs表面引入羧基，将异双官能团聚乙二醇(HS-PEG-COOH)组装到AuNPs上。随后，修饰对外泌体具有特异性的热休克蛋白60(HSP60)抗体。按照外泌体分离和纯化试剂盒的说明提取实验所需外泌体，并使用透射电子显微镜、蛋白质印迹法和纳米颗粒跟踪分析法进行鉴定。通过对结直肠癌患者血浆衍生的外泌体和健康人群血浆衍生的外泌体进行比较，发现传感器的共振峰频移明显。
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  还原氧化石墨烯/铜复合热界面材料的实验研究

  曾发兵, 张月星, 张平

  桂林电子科技大学学报. 2023, 43(04): 340-344. https://doi.org/10.16725/j.cnki.cn45-1351/tn.2023.04.005

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  为了提高热界面材料的导热性能，采用电泳沉积法制备还原氧化石墨烯/铜复合材料，对比分析还原氧化石墨烯/铜、多层石墨烯和纳米银对环氧树脂热导率的增强效果。采用扫描电镜对还原氧化石墨烯/铜复合材料的微观形貌进行表征；使用热常数分析仪、数字式粘度计和接触热阻测试仪分别对环氧树脂基复合热界面材料的热导率、粘度和界面热阻进行调控测试。结果表明，实验成功制备了还原氧化石墨烯/铜，且金属铜颗粒均匀分布在石墨烯片层间；还原氧化石墨烯/铜、多层石墨烯、纳米银对环氧树脂的导热系数均有提高；还原氧化石墨烯/铜复合材料质量分数为30%时，环氧树脂基复合热界面材料的导热系数提高了4.5倍；在0.9 MPa压力下，界面接触热阻为37.06 mm²·K·W^-1,与不添加界面材料时相比降低了35.9%(未添加热界面材料时界面接触热阻为57.84 mm²·K·W^-1)。高导热材料能提高环氧树脂基热界面材料的热导率，可显著改善接触面的传热性能。