场效应调控能量储存器件的研究任务书

 2021-08-20 22:19:24

1. 毕业设计(论文)主要内容:

纳米尺度的储能器件目前在能量储备和传感技术领域有着非常重要的作用,不仅可为大型集成电路提供可靠得能量来源,基于其原位检测的技术还可原位表征电化学充放电行为中电传输性能,揭示容量衰减原因以寻求突破口增强其能量存储密度,因此探求纳米尺度储能器件的能量存储机制以及充分改善电极动力学过程以实现高能量密度的存储显得尤为重要。

本课题主要研究内容为设计基于单根纳米线和纳米薄片的双栅场效应晶体管和能量存储器件的复合器件,能量存储器件的正极材料同时也为晶体管的沟道材料,通过对晶体管施加有效的背栅电压从而实现对沟道材料载流子密度和其吸附电荷的能力的调控,进而调控超级电容器的容量。此外,通过对电极材料在不同栅极电压情况下电导率变化的分析,可原位检测出其容量调控机制,对此复合结构器件的普适性具有重要意义。具体实施中,利用水热法制备出纳米线材料和利用机械剥离法制作纳米薄膜;采用电子束刻蚀和紫外线光束刻蚀制作电极图案,沉积纳米线及纳米薄膜电极材料制作出所设计的器件;然后对器件进行电化学性能以及电输运性能的测试,探索其容量增长机制。本课题在纳米材料合成、电化学储能器件反应动力学上的探索,将为制备高功率密度和高能量密度的能量存储器件奠定科学基础。

2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1、熟练掌握场效应晶体管及能量存储器件的基本知识;

2、认识了解场效应调控能量存储器件性能的机制,能够独立完成场效应调控能量存储器件的复合器件组装,电化学性能测试和电性能测试及材料表征;

3、查阅不少于50篇的相关资料,其中英文文献不少于30篇,完成开题报告;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需的项目背景,材料合成机理、材料表征手段、器件构筑方法。确定方案,完成开题报告。

第4-6周:按照预定的方案合成电极材料,并且对其进行XRD和SEM等物相和形貌的表征。

第7-12周:设计并构筑场效应调控能量储存器件,测试电化学性能及电学性能,完成理论分析。

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4. 主要参考文献

[1] Mai, L., Dong, Y., Xu, L. Han, C. Single nanowire electrochemical devices. Nano letters 10, 4273-4278, doi: 10. 1021/ nl102845r (2010).

[2] Miller J R, Simon P. Electrochemical Capacitors for Energy Management. Science, 2008, 321(5889): 651-652.

[3] Simon P, Gogotsi Y. Capacitive energy storage in nanostructured carbon–electrolyte systems. Acc. Chem. Res., 2012, 46(5): 1094-1103.

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