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熱電材料是一種可以將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的新能源材料，基于熱電技術(shù)制備的熱電發(fā)電或制冷器件具有無活動部件、無污染、無噪聲等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的經(jīng)典碲化鉍基室溫?zé)犭姴牧鲜悄壳拔ㄒ槐簧虡I(yè)化量產(chǎn)應(yīng)用的熱電材料，主要應(yīng)用于固態(tài)制冷。雖然該材料含有的Te元素豐度極低，并且力學(xué)性能不佳，但是自上世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)以來，一直被工業(yè)界沿用至今，沒有可替代的材料。隨著物聯(lián)

采用濕化學(xué)法制備硒化銀納米線，然后真空抽濾沉積到柔性的尼龍濾膜上，再低溫?zé)釅韩@得了高性能的n型復(fù)合薄膜。硒化銀膜室溫的功率因子約為987 mW/ m K2（ZT值約為0.6），是至今報(bào)道的n型柔性熱電薄膜中最高值之一；以此復(fù)合膜設(shè)計(jì)的4個單臂組成的原型器件在30 K溫差下輸出功率460 nW (功率密度約為2.3 W /m2)。同時，因?yàn)槲y膜（由大長徑比的納米晶相互交織而成）與尼龍膜的協(xié)同作用，復(fù)合膜具有很好的柔性（繞直徑10 mm的圓棒彎曲100次后電導(dǎo)率仍然保持原先的92%）。該方法為制備柔性的高性能熱電薄膜提供了新的思路。

項(xiàng)目成果/簡介: 陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐老化、抗壓強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但有一個致命的缺點(diǎn)——脆性。柔性陶瓷材料作為一種新型材料，在通訊、電子、醫(yī)學(xué)、航空、航天、軍事等高技術(shù)領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。如電子計(jì)算機(jī)的高速硬盤轉(zhuǎn)動系統(tǒng)需要柔性陶瓷軸承；導(dǎo)彈、火箭發(fā)射裝置的關(guān)鍵部件如透波、鼻錐等要用耐高溫和抗氧化能力極強(qiáng)的柔性陶瓷做天線罩，才能承受高溫氣流的沖刷、摩擦 研究團(tuán)隊(duì)通過對純鈦酸鋁原料制備鈦酸鋁柔性陶瓷技術(shù)的改進(jìn)，以TiO2、Al2O3為原料，輔以Fe2O3、MgO、SiO2等添加劑，通過固相反應(yīng)、固相燒結(jié)制備出柔性鈦酸鋁陶瓷。能夠降低燒結(jié)溫度，且制備的鈦酸鋁陶瓷具有更高的強(qiáng)度和柔性。將其制備成具有柔性的鈦酸鋁陶瓷材料，將有傳統(tǒng)陶瓷材料沒有的特性，并且能夠進(jìn)一步提高其抗熱震性，使得柔性鈦酸鋁陶瓷能應(yīng)用于更為苛刻的環(huán)境中，并且在工業(yè)生產(chǎn)中用途更廣、市場大、前景好。可彎砂巖可彎砂巖微觀結(jié)構(gòu)圖知識產(chǎn)權(quán)類型:發(fā)明專利技術(shù)先進(jìn)程度:達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平成果獲得方式:獨(dú)立研究獲得政府支持情況:無

陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐老化、抗壓強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但有一個致命的缺點(diǎn)——脆性。柔性陶瓷材料作為一種新型材料，在通訊、電子、醫(yī)學(xué)、航空、航天、軍事等高技術(shù)領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。如電子計(jì)算機(jī)的高速硬盤轉(zhuǎn)動系統(tǒng)需要柔性陶瓷軸承；導(dǎo)彈、火箭發(fā)射裝置的關(guān)鍵部件如透波、鼻錐等要用耐高溫和抗氧化能力極強(qiáng)的柔性陶瓷做天線罩，才能承受高溫氣流的沖刷、摩擦 研究團(tuán)隊(duì)通過對純鈦酸鋁原料制備鈦酸鋁柔性陶瓷技術(shù)的改進(jìn)，以TiO2、Al2O3為原料，輔以Fe2O3、MgO、SiO2等添加劑，通過固相反應(yīng)、固相燒結(jié)制備出柔性鈦酸鋁陶瓷。能夠降低燒結(jié)溫度，且制備的鈦酸鋁陶瓷具有更高的強(qiáng)度和柔性。將其制備成具有柔性的鈦酸鋁陶瓷材料，將有傳統(tǒng)陶瓷材料沒有的特性，并且能夠進(jìn)一步提高其抗熱震性，使得柔性鈦酸鋁陶瓷能應(yīng)用于更為苛刻的環(huán)境中，并且在工業(yè)生產(chǎn)中用途更廣、市場大、前景好。 可彎砂巖 可彎砂巖微觀結(jié)構(gòu)圖

柔性軸承是指在外部力或力矩的作用下，利用材料的彈性變形在相鄰構(gòu)件間產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動的一種鉸鏈結(jié)構(gòu)形式。相比傳統(tǒng)的剛性軸承，柔性軸承有許多優(yōu)點(diǎn)：1. 無間隙和摩擦，可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動；2. 無磨損，壽命長；3. 免潤滑，免維護(hù)；4. 可真空應(yīng)用。 柔性軸承的主要技術(shù)指標(biāo)：1. 行程：材質(zhì)與幾何形狀決定其運(yùn)動行程的大小；本單位研制的GCSFP-3柔性軸承行程可達(dá)±25°；2. 精度：由柔性鉸鏈的軸漂大小決定，軸漂越小，精度越高；本單位研制的GCSFP-3柔性軸承軸漂在10°轉(zhuǎn)角時僅為0.8um；3. 剛度：非功能剛度/功能剛度的比值，該比值越大越好；GCSFP-3的徑向剛度/旋轉(zhuǎn)剛度比值為34.65；GCSFP-3的軸向剛度/旋轉(zhuǎn)剛度比值為2.32；4. 疲勞壽命：決定了柔性軸承的可循環(huán)工作次數(shù)。GCSFP-3柔性軸承在±5°轉(zhuǎn)角下達(dá)100萬次；±10°轉(zhuǎn)角壽命達(dá)18萬次。

本實(shí)用新型提供一種柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動單元、力放大單元、控制單元和儲能單元。驅(qū)動單元通過鑲嵌有單向軸承的力放大單元放大輸出力作用于儲能單元。驅(qū)動單元通過不斷往復(fù)運(yùn)動將能量輸入儲能單元中，當(dāng)儲能單元中的彈性能達(dá)到所需的要求時，通過通信單元遙控控制單元將儲能單元中儲存的彈性能一次性釋放出來，以實(shí)現(xiàn)步行、爬行、滾動、跳躍、突進(jìn)多種功能以及功能之間的相互切換。本實(shí)用新型采用智能軟材料作為驅(qū)動器，其機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高，能量密度大，噪音低。并且大部分的結(jié)構(gòu)都可以使用柔性材料進(jìn)行替代，抗破壞能力強(qiáng)；同時柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過與不同外殼的組合可以同時實(shí)現(xiàn)步行、爬行、滾動、跳躍、突進(jìn)多種功能，可以應(yīng)用于機(jī)器人，玩具，能量收集等多方面。

與高速飛行的飛機(jī)不同，微小型無人機(jī)體積小，重量輕，飛行速度低，更容易受到環(huán)境湍流的影響，需要高靈敏度的小型氣流傳感器提供全面的空氣動力學(xué)信息。如何讓微小型無人機(jī)像鳥類一樣感知和操縱氣流一直是航空和傳感器領(lǐng)域的難題。 面向微小型無人機(jī)的飛行參數(shù)測量，北航研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制出一種基于氧化釩的高靈敏度柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了0.11 mm/s和0.1°的超高流速和角度分辨力，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了攻角、側(cè)滑角和空速的多參數(shù)感知能力，并完成了微小型無人機(jī)飛行速度以及機(jī)翼微振動的測量，為微小型無人機(jī)提供了低成本、高精度的大氣參數(shù)傳感方案。 該傳感器基于量熱式原理，由中心微加熱器產(chǎn)生恒定溫差，四周的熱敏電阻陣列測量溫度分布，根據(jù)熱敏電阻陣列測得的溫度差準(zhǔn)確反映流速大小及方向。采用懸空型隔熱結(jié)構(gòu)以及高電阻溫度系數(shù)材料氧化釩作為熱敏電阻以增大傳感器的測量靈敏度。在聚酰亞胺基底上通過MEMS工藝加工了總厚度90μm的超薄柔性流速傳感器，實(shí)現(xiàn)了微小型無人機(jī)的曲面貼附功能。經(jīng)風(fēng)洞測試，流速傳感器的理論分辨力達(dá)0.11 mm/s,流速測量重復(fù)精度約為測量值的0.5%，響應(yīng)時間約為20ms。在10 m/s時，流速傳感器的最大角度靈敏度為36.7 mV/deg，噪音水平為1.78 mV，根據(jù)2σ準(zhǔn)則計(jì)算出其理論角度分辨力為0.1°。 研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成流速傳感器工程化樣品的制備，并將兩個流速傳感器裝載到一個微小型無人機(jī)平臺上進(jìn)行飛行參數(shù)感知應(yīng)用。結(jié)果表明平均飛行速度的估計(jì)誤差低于0.2 m/s。由于流速傳感器的高靈敏度特性，它甚至捕捉到了機(jī)翼的微振動信息，并與外置IMU模塊顯示了相同的機(jī)翼振動頻率。這項(xiàng)研究展示了一種柔性高靈敏度流速傳感器，拓寬了流場感知在微小型無人機(jī)姿態(tài)檢測、空速估計(jì)以及飛行安全監(jiān)測方面的應(yīng)用，為無人機(jī)的飛行參數(shù)測量提供了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路與發(fā)展前景。

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種應(yīng)力約 束下多相材料柔性機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法，用于優(yōu)化多相材料柔性機(jī)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)，其包括以下步驟:(1)構(gòu)建多相材料水平集拓?fù)涿枋瞿Ｐ停枋?結(jié)構(gòu)多相材料分布;(2)構(gòu)建剛度插值模型和可分離應(yīng)力插值模型，分 別計(jì)算多相材料結(jié)構(gòu)彈性剛度和應(yīng)力;(3)構(gòu)建基于加權(quán)法和應(yīng)力懲罰 的多相材料柔性機(jī)構(gòu)參數(shù)化水平集拓?fù)鋬?yōu)化模型，同時優(yōu)化柔性機(jī)構(gòu) 的輸出位移和柔度，并控制多相材料結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力。上述方法應(yīng)用于 應(yīng)力約束下多相材料柔性機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后獲得的多相材料 柔

本發(fā)明提供一種石墨烯包覆的納米銀陣列柔性表面增強(qiáng)拉曼基 底材料，它由柔性濾膜及組裝于其表面的納米銀陣列和緊密包覆于納 米銀陣列表面的石墨烯三部分組成。本發(fā)明提供上述材料的制備方法 及其作為表面增強(qiáng)拉曼基底的應(yīng)用。本發(fā)明提供的石墨烯包覆的納米 銀陣列柔性表面增強(qiáng)拉曼基底材料，具有良好的拉曼增強(qiáng)效果和優(yōu)異 的化學(xué)穩(wěn)定性，同時方便采樣測定。因此，本發(fā)明提供的高穩(wěn)定、大 面積均勻的石墨烯包覆的納米銀陣列，它可作為表面增強(qiáng)拉曼

當(dāng)前半導(dǎo)體信息技術(shù)的飛速發(fā)展促使電子產(chǎn)品向高集成度、微型化、智能化、低功耗等方向發(fā)展, 最終的目標(biāo)是將功能單元實(shí)現(xiàn)在單一芯片化。無線通訊作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要節(jié) 點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)性能取決于天線設(shè)計(jì)。目前無線通訊技術(shù)主要包括無線 RF433/315M、藍(lán)牙、 Zigbee、Z-ware、LoRa、4G/5G 等。目前 4G、5G 移動通訊以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣與發(fā)展， 頻帶調(diào)制、信息互聯(lián)和高速數(shù)據(jù)傳輸對天線的設(shè)計(jì)要求愈來愈高。通訊天線的設(shè)計(jì)已經(jīng)從低 頻向高頻，從單一頻段向雙頻、三頻、四頻等多頻方向發(fā)展。然而目前的天線設(shè)計(jì)主要基于 半導(dǎo)體制備及可重構(gòu)技術(shù)，如開關(guān)切換天線的諧振點(diǎn)，及電壓調(diào)節(jié)改變天線的等效阻抗等， 來實(shí)現(xiàn)天線的多頻化。碳納米管和單層石墨烯的成功發(fā)現(xiàn)獲得開始吸引研究者的興趣。碳納米管和單層石墨烯 簡單的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和極高的電子遷移率，被認(rèn)為是后硅 CMOS 時代最有競爭力的電 子材料之一。由于碳納米管和石墨烯高電子遷移率、優(yōu)異的力學(xué)性能及天然柔性等優(yōu)點(diǎn)，隨 著微電子學(xué)、材料學(xué)和半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)與凝聚態(tài)物理學(xué)等多個學(xué)科的不斷發(fā)展，通過新 型結(jié)構(gòu)和材料體系設(shè)計(jì)，柔性高頻碳納米管和石墨烯天線已成為可能，并進(jìn)一步縮小系統(tǒng)占 用空間，提高器件集成度和高性能的重要發(fā)展趨勢。課題組在國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，結(jié)合合作團(tuán)隊(duì)的研究優(yōu)勢，以碳納米管和石 墨烯的優(yōu)化與制備為基礎(chǔ)，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)與尺寸設(shè)計(jì)，結(jié)合 HFSS 電磁仿真模擬，研發(fā)出可 應(yīng)用于無線通訊的新型柔性高頻天線。課題組在過去幾年中分別在高質(zhì)量碳納米管和石墨烯 的高頻應(yīng)用、性能測試、高性能射頻天線調(diào)控機(jī)理研究等方面積累的豐富材料和物理經(jīng)驗(yàn)， 對研究多頻帶可調(diào)諧石墨烯天線奠定了前期基礎(chǔ)。由于目前國內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品，隨著柔性可穿戴產(chǎn)品的不斷上市，柔性高頻天線的需求也會越來越迫切，因此本成果具有較大的推廣空間。