纳米相变存储技术研究进展

相变存储技术是纳电子器件发展的主流技术之一,利用其电脉冲操作下的纳秒级的可逆相变过程制备的相变存储器（PCRAM）,在嵌入式与大容量存储方面有巨大的商用价值与应用前景,已成为国际大公司开发的热点,PCRAM芯片容量与技术以超常规的速度发展,同时,针对纳米尺度的可逆相变机理、纳米尺度可逆相变的有效控制、低功耗的器件结构、已成为国际上科研界的研究热点,本文对上述情况进行综述,进一步给出我国的PCRAM的研究现状、工业基础、合作状况与展望。     

阻变存储器的电阻态精准调控及功能集成

面向大数据时代对新型高密度和功能集成存储器的迫切需求,来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所李润伟团队的项目——"阻变存储器的电阻态精准调控及功能集成",以新一代信息存储技术——阻变存储器为研究对象,针对限制其发展应用的阻变参数一致性差和单元存储及功能密度低的难题,重点围绕"阻变机理研究→电阻态精准调控→器件功能集成"开展研究,在高密度和存算一体新型信息存储技术方面取得了创新性成果,获得2020年度浙江省自然科学奖一等奖.     

相变存储器单元皮秒测试信号完整性研究

针对相变存储器皮秒测试系统由于矩阵开关电路分布参数以及信号通道中阻抗突变所引起的反射,严重影响了皮秒脉冲信号的完整性,使施加在相变单元上的皮秒脉冲信号严重失真,为了消除失真,改善信号完整性,从2个方面提出了解决方案：一是采用性能优良的高频继电器构成矩阵开关;二是减小反射,采取了源端阻抗匹配、负载分支端阻抗补偿、菊花链双线拓扑结构等措施,使得反射的影响减小到最小.理论分析与仿真结果表明：皮秒脉冲信号波形质量良好,满足测试要求.本测试系统为研究皮秒编程脉冲作用下相变存储器的存储机理、速度、可靠性等提供了良好的平台,也可作为电阻式随机擦写存储器单元测试系统.     

相变存储器多态存储方法

提出两种实现相变存储器多值存储的方法.这两种方法基于新的机理,即通过存储单元结构或相变材料的改进来得到在传统"高阻态"和"低阻态"两态之间稳定的中间电阻状态.与传统实现相变多态存储的方法相比,利用这两种方法实现的多值相变存储,可以有效地提高多态存储的可靠性和抗噪声性能,有利于在提高存储密度的同时简化外围电路的设计,在实际应用中有良好的前景.     

相变建筑节能材料的应用研究与进展

相变储热技术是利用低品位能源,实现建筑节能的重要途径.就近年来国内外适合于建筑用相变材料的选择,相变材料与普通建筑材料的结合技术及其储能性能进行了对比与分析,提出了本领域主要研究内容.     

相变材料对家用水箱性能的影响及相变层厚度优化

基于相变蓄热水箱的发展现状,结合家用生活热水系统相关设计规范及标准,对相变水箱的结构进行了设计,并采用有限元软件对相变水箱的性能进行了模拟研究.首先建立了相变水箱的数值计算模型并利用实验数据验证模型的准确性;在此基础上,通过蓄放热阶段水温响应特性、相变材料温度及液相比等参数,对相变水箱的蓄放热特性进行了研究;另外,比较分析了不同相变层厚度参数对相变水箱蓄放热过程的影响,并对相变材料的用量进行了优化.结果表明,对于家用水箱,增设相变材料层可以延长水箱蓄热过程;在水箱放热过程中,放热时间随着相变层厚度的增加呈现先延长后缩短的变化趋势;与其他相变厚度的模拟工况相比,相变层厚度为30 mm时,水箱的释热性能最佳,放热时间较普通水箱增加10％左右,且维持水温处于较高温度的时间有所延长.可见相变材料的蓄放热特性直接影响着家用水箱的性能,寻求相变材料的最优用量可为相变水箱的设计及实际应用提供参考.     

一种新型非易失性存储器——相变存储器

非易失性存储器在数字系统中扮演着重要的角色,其特点是断电后可以继续保存数据,相变存储器（Phase—Change Memory,VCM）由于其高密度、低功耗、工艺兼容等特点成为了下一代存储器的有力候选之一,引起了广泛的注意。本文主要介绍了当前相变存储器的研究现状．并对特定结构的相变存储单元进行了相变行为的计算机仿真。     

相变防护服的数值研究

利用简化传热模型，以皮肤表面温度为参考，研究了相变防护服在0℃海水及火场两种极端条件下的防护性能与相变材料的潜热、熔点及厚度的关系．研究发现相变防护服在极端温度条件下具有良好的防护性能，可大大延长相关人员的作业时间；所选相变材料的熔点和潜热对相变防护服的性能有重要影响，潜热大且熔点高的相变材料的防护性能好；在重量允许的范围内相变防护服的性能随厚度的增加有明显提高．     

一种双滚筒相变暖气片的供暖装置及干衣房

随着太阳能供热技术的发展,太阳能热水器系统中蓄热技术的研究也得到了越来越多的关注;太阳能热水器与相变蓄热材料耦合应用可有效提高太阳能热水器供暖系统的效能,促进能源的优化配置.该文首先概述了相变蓄热材料的分类,介绍相变蓄热材料的机理及特点,其次简述了相变材料的应用和选择,同时介绍了太阳能资源的利用潜力,提出了相变超导液暖气片滚筒的制作方案及其与太阳能集热水箱供暖系统的连接方式.并对相变材料超导液供暖系统的辐射散热装置与现有水暖散热器对比分析,实验表明装有超导液的相变暖气片滚筒,一方面不需要过高的热介质为热媒,启动温度低,只需要40 ℃即可开始传温,而水的强传递就必须或达到80 ℃以上,水升温很慢,传递也慢.     

连续性RESET/SET对相变存储器疲劳特性的影响

为探究连续性RESET操作和连续性SET操作对相变存储器疲劳特性的影响,基于4 Mbit相变存储器芯片进行了不同RESET-SET次数比的疲劳特性研究,给出了连续RESET和连续SET操作后相变单元阻值分布的变化情况.将RESET-only与SET-only模式下的疲劳特性与常规疲劳特性进行了对比分析,并对失效原因和修复方法进行了讨论;对比了8种不同RESET-SET次数比下的单元疲劳特性.实验结果表明:连续性RESET操作对相变存储器疲劳特性的影响很小,RESET-only模式下的相变存储器疲劳特性与常规疲劳特性处于同一量级;连续性SET操作会显著降低相变存储器的的疲劳特性,SET-only模式下相变存储器疲劳特性比常规疲劳特性低2个数量级;连续性RESET操作带来的失效无法逆转,而连续性SET操作带来的失效可以通过间隙性施加RESET操作得以修复.     

材料塑性成形与热处理一体化工程的理论基础

材料塑性成形与热处理一体化工程的理论基础，主要为应力—相变—形变间冶金交互作用和力学交互作用的机制、建模以及组织与性能变化的模拟。以钢为例，介绍了应力下铁素体、珠光体相变的文献工作，并提出038C-Cr-Mo钢在应力下铁素体形成和珠光体相变的动力学模型以及组织变化的计算机模拟；讨论了Scheil相加性原则的不足及其修正途径；略述应力对钢中贝氏体相变及马氏体相变的影响；简介相场理论及其应用。对材料在应力下相变理论、建模与组织模拟的后续研究工作提出了展望。     

强磁场下相变研究进展

磁场作为一种调控材料组织结构的新方法已经引起了人们广泛的关注.相变过程能够决定材料的结构和性能,大量的研究结果表明,磁场能够改变相变热力学和动力学条件,从而改善或改变材料的微观组织、形貌、成分分布以及性能特征.评论了磁场下相变研究状况,介绍了磁场下测量材料相变的一些常用方法,重点描述了磁场对铁磁性合金结构相变和扩散型相变热力学和动力学的影响,讨论了磁场在热处理过程、晶界工程等方面的一些研究状况,分析了磁场对非磁性物质相变过程、组织形貌的影响.     

相变材料在建筑节能中应用

相变储能技术是实现建筑节能的重要途径之一,本文论述了如何通过在建筑材料中加入相变材料制成具有储存潜热能力的围护结构的方法、相变建筑材料的热工性能和节能效果.并探讨了相变材料在建筑节能方面的发展和应用前景,以实现建筑节能和热舒适的双重目的.     

两种相变材料储能石膏板的实验研究

分别以硬脂酸丁酯和相变石蜡为相变材料,聚乙烯醇为分散剂,石膏板为载体,通过直接加入法制备相变储能石膏板.通过差示扫描量热仪分析不同相变储能石膏板的相变温度和相变焓,研究和比较了它们与普通石膏板的隔热保温性能、耐久性能和吸水性能.相变石蜡的储能石膏板相变温度接近于夏季室内舒适温度26℃,相变硬脂酸丁酯的储能石膏板相变温度接近于冬季室内舒适温度21℃.由直接法制备的含22%相变材料的两种相变储能石膏板其储能能力是普通石膏板的10倍,耐久性能优越,吸水性能是普通石膏板的1/3,有利于高湿环境的使用.     

相变蓄能墙板基本构造的热工分析

针对将相变材料(PCM)引入到轻质建筑墙板的结构中,可以有效地改善现有建筑墙板的高热阻和低热容的状况,采用焓法数学模型,对基本墙板、轻质墙板及重质墙板等含PCM材料的墙板热性能影响规律进行了系统地分析,研究了墙板中保温层与相变层材料的位置及其体积分数的动态变化对墙板热性能的影响.研究结果表明:足量的保温材料是墙板中PCM蓄能性能能够得到良好发挥的基本保障;PCM层处于保温层内侧时,墙板的热性能效果最佳;应尽可能将墙板中除保温材料和PCM以外的其他材料层设置在内侧,并且以轻质材料为佳.     

碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析

针对传统相变材料导热系数低的缺点,将高导热碳纳米材料添加到相变材料基体中可强化其相变传热.对碳纳米复合相变材料熔化传热过程进行理论分析,研究碳纳米材料导热系数、添加体积比以及材料形状对熔化传热的影响.研究表明:提高碳纳米材料的添加体积比,相变材料熔化速度随之增大;碳纳米材料的形状对复合相变材料熔化传热性能有显著影响;在高导热系数范围内,碳纳米材料导热系数变化对复合相变材料熔化传热性能的提升影响甚微.     

相变混凝土的制备与性能研究综述

综述了相变材料的分类及特点、相变材料的定形与封装技术、相变混凝土的配合比设计与性能等3个方面的研究成果,对固-液相变材料的热物理参数、应用现状及多元复合相变体系进行了研究,归纳整理了相变材料的定形与封装技术,重点讨论了多孔基体吸附法,对比分析了相变混凝土的设计原理、力学性能与热物特性变化规律,并对相变混凝土研究方向进行了展望.结果表明:石蜡、脂酸和醇类等3种相变材料更适合于工程建筑环境的应用;相变材料不宜与混凝土集料直接混合;通常采用多孔基体材料吸附液体相变材料来制备相变骨料;相变混凝土的导热系数受相变骨料掺量影响明显,比热容会随掺量增加而提高,强度往往大幅降低.     

相变蓄能建筑墙体研究进展

对相变材料在墙体中的封装方式(直接混合、宏观封装、微观封装和定形相变材料封装)、相变材料的种类和物性等方面的研究进行了归纳总结.从实验和模拟2个方面,对相变材料位于墙体表面和墙体内部影响室内环境和建筑能耗的研究进行了综述和评价.分析表明,微观封装和定形相变材料的封装效果较好;墙体用相变材料的相变温度一般在20~30℃范围内;相变材料层在墙体中的安装位置可分为墙体表面和墙体内部2种,但相变材料层在墙体内的最优位置并不固定,受相变材料物性、墙体材料以及室内外环境工况的影响.通过相变材料与墙体合理高效的结合,可充分发挥相变材料的高蓄热特性,提高墙体的热性能,达到调节室内环境温度、降低建筑能耗的目的.     

MgCl2·6H2O/MgSO4·7H2O复合相变体系的储热性能研究

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热储存性能的关键问题.以中低温水合盐相变储热材料MgCl2·6H2O(MCH)为主体材料,MgSO4·7H2O(MSH)为调节剂,采用熔融共混法制备MCH和MSH复合相变储热体系,研究了MSH对复合相变体系的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响.结果表...     

六水合氯化钙基相变材料对岩棉保温板储能和保温性能的影响

以岩棉板为载体,将自主研制的六水合氯化钙基相变储能材料均匀渗入到岩棉板,制备了六水合氯化钙基相变材料改性的岩棉/六水合氯化钙基保温墙板,研究了六水合氯化钙基相变材料对岩棉板储能隔热能力及其力学强度的影响.结果表明：相变材料加入赋予了岩棉吸热储能性能,使岩棉板保温性能得到提高.岩棉板对六水合氯化钙基相变材料的最大吸附量为30 wt.%,且该吸附量下的保温岩棉墙板显示出最大的比热容0.700 1 MJ/(m³·K).尽管该吸附量下复合板显示较大的导热系数0.089 1 W/(m·K),但其相应热扩散率却最小,为0.127 3 mm²/s.热温度测试表明该吸附量下室内最高温度降幅达到3.4℃,表明导热系数不是影响岩棉板保温性能的唯一因素,采用热扩散率评估其保温性能更为合理.SEM显示六水合氯化钙基相变材料黏附于岩棉纤维之间且形成了稳定的空间网格架构,有效提高了岩棉板的抗压强度.