编辑荐读|Journal of Materials Science: Materials in Electronics精选文章

作者：Hongxin Ding, Yunqing Gu, Chendong He, Yun Ren, Qianfeng Qiu, Chaoxiang Hu, Denghao Wu, Jiegang Mou & ZhenXing Wu 

当前仿生人工肌肉的驱动特性较差，限制了其在工程实践中的应用。硬壳素和石墨烯被用作主要成分来制备仿生人工肌肉。提出了仿生人工肌肉的驱动特性指标，包括输出力、输出位移和各自的响应速度，并建立了测试平台。研究了多壁碳纳米管（MCNT）和酮基对仿生人工肌肉驱动特性影响的机制。MCNT与石墨烯交联增强了电极层的电导率，而酮基与硬壳素交联则提高了人工肌肉本身的柔韧性。添加了酮基和MCNT的仿生人工肌肉在输出位移、输出力和响应速度上都有所改善。通过电子显微镜和水分损失率分析了仿生人工肌肉的失效机制和添加剂的改善机制，电极层和驱动层的微观表面变化以及内部水分的消散是失效的主要原因。MCNT和酮基分别通过增强电极容量和加速离子迁移率来改善驱动特性。

作者：Jidong Ma, Kai Du, Xinyan Gu, Wenjun Zhou, Yichen Wu, Yinghao Yuan, Siyong Gu & Houan Zhang 

在这项研究中，我们使用了一种简单快速的低温燃烧合成方法，一步合成了VO₂纳米粒子。当它被用作水性锌离子电池的阴极电极材料时，它展现出了优秀的倍率性能，最大容量分别为415 mAh g−1、375 mAh g−1和350 mAh g−1，电流密度分别为0.5 A g−1、1 A g−1和2 A g−1。然而，其循环性能却不尽如人意。这项研究旨在调查容量降解，揭示了在循环过程中电极表面形成板状Zn3V2O7(OH)2·2H2O（BZS）沉淀物。来自BZS沉淀的H+离子与Zn2+离子共同插入VO₂结构，从而提高了电池的比容量。然而，过多的H+离子改变了电解液的pH值，导致钒溶解和容量降解。此外，循环过程中BZS的过度积累严重影响了离子传输，导致容量损失。

作者：Bofeng Li & Yao Yao 

一个集成的模型用于描述焊料的损伤对于评估芯片的可靠性至关重要。测量焊料的应变是直接的，并且可以轻易地应用到芯片结构中。本研究引入了一种新颖的方法，该方法同时结合了焊料电阻的变化和产生的应变。在从0.0001毫米/秒到0.05毫米/秒的各种拉伸速率下，同时测量了焊料的电阻和应变。提出了归一化电阻和塑性应变之间的定量关系，并基于实验分析开发了相应的损伤模型。该模型集成了电阻，允许对焊料损伤的特性进行描述，无论形状和体积变化如何。实验和数值结果都证明了揭示损伤演变的潜在应用性，为量化经历大变形的材料中的损伤并评估芯片可靠性提供了一种替代方法。

作者：Zhen Shen, Rong Li, Huimin Hao, Yi Li, Xiumei Shi, Yingye Cheng, Bowen Zhao & Xiang Xia 

通过传统的固态烧结方法，系统研究了Ti含量对制备的(Pb0.97La0.02)(Zr0.53Sn0.47)1-xTixO3(PLZST)反铁电陶瓷的微观结构、介电性能和储能性能的影响。结果显示，尽管在制备的PLZST陶瓷中存在微量的杂质，但陶瓷的主要晶相都具有钙钛矿结构。随着Ti含量的增加，PLZST陶瓷的介电常数逐渐增大，陶瓷的介电性能的频率稳定性有显著的改善。PLZST陶瓷的反铁电-铁电相变场随着Ti含量的增加而逐渐减小，从而使得Ti含量较低的PLZST陶瓷组成在较低的电场强度下表现出更高的储能密度和储能效率。当x = 0.10时，PLZST陶瓷表现出最佳的储能性能，其可恢复的储能密度和储能效率分别为2.63 J/cm3和91.2%。此外，充放电性能测试显示，x = 0.10的PLZST陶瓷组分具有快速的放电速度，高放电电流密度和功率密度。

作者：Jiajun Chen, Qingyun Zhou, Wenhui Ma, Chaohui Wang, Shan Fan & Yong Zhang 

石墨烯电极材料的实际应用受到其低体积密度和缺乏赝电容活性位点的严重限制。在此，我们通过水热策略制备了纳米纤维素/氟掺杂石墨烯复合水凝胶（NFGHs）。在这个合成系统中，氧化石墨烯被用作碳源和样品体积密度的调节器，并且还可以形成NFGHs的初始多孔结构。纳米纤维素被用作支撑物和电解质传输介质，以改善产品的多孔结构和亲水性。此外，氢氟酸作为还原剂和异原子源，实现了NFGHs的氟掺杂。所制备的NFGHs显示出高体积密度，丰富的赝电容活性位点，细腻的多孔结构和良好的亲水性。因此，由NFGH5制备的水性对称超级电容器表现出大的重量比（264.3 F g−1）和体积比（309.2 F cm−3）比电容，良好的速率特性和优秀的循环耐久性。此外，由NFGH5构建的柔性固态超级电容器（FSSC）也提供高比电容（142.6 F g−1），良好的速率能力（在10 A g−1时的比电容保持率为73.8％）和长寿命。本文的策略为提高基于石墨烯的超级电容器的实施价值开辟了新的思路。

作者：Xindi Li, Yang Li, Lichao Wang, Yiwei Zhu, Jian Kang & Jun Zou 

在激光照明源的封装过程中，激发激光斑点与磷光转换材料大小的匹配程度直接影响封装光源的光效率。需要测量激发激光斑点和转换光斑点的大小。因此，需要一种有效的斑点测量方法。在实际应用中，激光斑点通常包括圆形斑点和非圆形斑点。本研究提出了一种测量圆形斑点和非圆形斑点的方法。使用测角光度计测量照明源的光强度分布曲线和平均光强度发散角。可以根据发散角计算斑点大小。测量了LD、YAG:Ce磷光陶瓷和Mn掺杂的红色YAG:Ce磷光陶瓷在三个方向上的斑点大小。结果显示，LD的斑点大小为4.002、1.467和1.126毫米，形状为非圆形。YAG:Ce磷光陶瓷的斑点大小为42.240、42.762和43.242毫米，Mn掺杂的红色YAG:Ce磷光陶瓷的斑点大小为39.594、40.395和41.065毫米。这种方法对于激光照明封装中的斑点控制具有重要意义。

作者：Caihong Gao, Yuanyuan Qiao & Ning Zhao 

微量的In（0，0.5，1，2 wt%）被掺入Sn-4Ag-0.5Cu-3Bi-0.05Ni（SACBN）焊料中，以研究In对SACBN基焊料的熔化特性、润湿性和微硬度的影响。焊料中的In原子更倾向于溶解到Ag3Sn和(Cu,Ni)6Sn5金属间化合物（IMCs）中，导致共晶IMCs略微粗大化。此外，SACBN的熔点（Tm）在添加2 wt% In后降低到212.9℃，但同时熔化范围（ΔT）增加到8.3℃。此外，In的添加对SACBN-xIn焊料的微硬度和润湿性有益。由于β-Sn晶粒的细化和In元素的固溶强化效应，SACBN-2In焊料的微硬度（27.28 HV）略高于SACBN焊料（26.08 HV），并且焊料的微硬度随In含量的增加而增加。含In的焊料接头的界面IMC层比SACBN/Cu焊料接头薄，表明In的存在有效地抑制了IMC层的生长。这项工作表明，在SACBN焊料中使用2 wt%的In具有广泛的应用前景，对于新兴的先进封装技术尤其如此。

作者：Zhenyuan Li, Hui Li, Yong Chen & Maohua Wang 

本研究调查了氮掺杂对通过溶胶-凝胶法合成的ZnO纳米粒子的结构、光学、介电和电性质的影响。X射线衍射结果显示，所有样品都在六方纤锌矿结构中结晶，且随着氮含量从0增加到20%，晶粒尺寸从30.36减小到26.18 nm。扫描电子显微镜(SEM)分析显示，未掺杂和掺氮的ZnO纳米粒子呈粗糙的球形，氮掺杂对粒子的尺寸和分布有影响。通过UV-Visible光谱确定的样品的带隙能量随着氮含量的增加逐渐从3.24降低到3.15 eV。X射线光电子能谱(XPS)分析证实了氮元素被掺入ZnO纳米晶体，并研究了氮化学键合状态。阻抗分析显示所有样品都呈现出一个半圆，表明晶粒界效应优于晶粒效应。通过掺杂氮，ZnO的介电性质得到了改善，室温下的介电常数从35显著增加到330。值得注意的是，15%的掺氮ZnO展示出最大的介电常数，同时保持了从200-300°C的最低介电损耗。这些结果表明，由于其可调的结构和介电性质，掺氮ZnO纳米晶体可能是介电应用的有前途的候选材料。

作者：Yun Bai, Shuai Zhang & Jiuyu Ji 

柔性压力传感器在人工智能、可穿戴设备、智能机器人等领域具有广泛的应用前景。然而，开发高性能的柔性压力传感器仍然是一个巨大的挑战。在这项研究中，我们报告了一种使用低成本的MXene和多壁碳纳米管（MWCNTs）混合在多孔三聚氰胺海绵中的压阻传感器。详细研究了浸涂顺序和材料组合对压力传感器的电阻和灵敏度的影响。结果显示，MXene/MWCNTs三聚氰胺海绵压力传感器具有最小的电阻和最高的灵敏度（8.73 kPa−1）。此外，该传感器具有响应/恢复时间短（0.13 s/0.32 s）、低压力检测（4.1 Pa）和可靠的重复性（5000次循环）的优点。MXene/MWCNTs三聚氰胺海绵压力传感器可以准确检测不同的人体活动和生理信号。此外，压力传感器可以构建一个矩阵，作为电子皮肤，检测外部压力的大小和分布。值得强调的是，压力传感器的制造过程是低成本的、简单的、环保的，并为潜在的工业和商业应用奠定了一定的基础。

作者：Wentao Zhao, Sirui Cao, Yufeng Jiao & Weiwei Pei 

碳气凝胶是一类非常有前景的碳材料，具有广泛的应用前景，包括绝缘、吸附、催化和电池技术。然而，目前的制备技术，主要是超临界干燥，受到其高成本、耗时和复杂过程的限制，严重限制了碳气凝胶的大规模工业生产和应用。本文利用成本效益高的酚醛树脂作为原料，采用更适合于可扩展生产的大气干燥方法，制备碳气凝胶。此外，还研究了硼酸掺杂对提高碳气凝胶热性能和电化学性能的影响。硼酸的引入导致在碳气凝胶矩阵中形成B-O键，从而提高了热稳定性，并将碳产率提高到在1000°C时为63.5%，比未掺杂硼酸的气凝胶提高了5.5%。对不同硼酸含量的气凝胶进行全面的电化学评估，突出了硼酸掺杂碳气凝胶(BCA)-0.5的优越性能，实现了在电流密度为2 A g−1时的比电容为338.93 F g−1。总的来说，用硼酸掺杂碳气凝胶可以提高其热稳定性，并显著提高其电化学功能，使BCA-0.5成为先进超级电容器技术的领先材料。这项研究为开发优质碳气凝胶提供了蓝图，并为未来对碳气凝胶的研究提供了宝贵的参考。

作者：Chuangping Liu, Shi Lai, Linkun Zhong & Xiaoli Zhang 

金属卤化物钙钛矿已被视为非线性光学材料，因其具有优良的光学性能。尽管CsPbBr3纳米晶体（NCs）在光电设备中的应用日益增多，但对其非线性光学性质的研究却很少。在这项工作中，我们通过室温溶液法制备了发射可调的CsPbBr3NCs，并将其作为饱和吸收体（SA）来研究其非线性光学性质。立方体CsPbBr3NCs作为SA，其发射482 nm，调制深度为3.7%，饱和强度为0.91 MW cm−2。CsPbBr3NCs的最大重复率为840 kHz，脉冲宽度对应为76 ns。CsPbBr3NCs的非线性光学性质表明它们在非线性光学和光通信中具有巨大的潜在应用。

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