碳化硅(SiC)在五大领域正引领着高科技发展

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碳化硅（SiC）从19世纪后期开始大量生产，SiC粉末最早是建材应用，如今在电子技术革命的当下，SiC开始迎来了更大规模的发展。

电子皮肤的应用

Market Research Future的一份报告预测，从2015年到2023年，医疗可穿戴设备的复合年增长率（CAGR）为23％。这种增长背后的驱动因素之一是这种技术如何帮助医疗专业人员进行患者的远程管理评估。

在医疗电子产品中，科学家正在使用SiC进行电子皮肤相关设计，通过激光照射将碳元素放置在硅膜的表面上形成SiC，其产生的高敏感的电子阵列可以测量施加在部分皮肤表面上的应变量。

据华东理工大学报道，华东理工大学轩福贞教授和高阳研究员团队在高性能传感技术领域取得重要进展，国际学术期刊Advanced Functional Materials以“Laser Direct Writing of Ultrahigh Sensitive SiC-based Strain Sensor Arrays on Elastomer toward Electronic Skins”为题，在线报道了相关研究成果。


实时感知压力容器等重大装备的服役健康状态是保障危险化学品行业安全生产的关键技术之一。其中，面向设备状态数据感知与获取的高性能传感器是制约这一领域的瓶颈。鉴于传统应变传感器难以满足复杂环境、高可靠、多数据融合的问题，目前工程中一般采用定期离线式检测手段获得设备的健康状态，尚不能实现对设备安全状态的实时快速决策。研究团队从模拟人体皮肤对外界疼痛、冷热和机械刺激的感知出发，开展了压力容器等工业装备的仿生在线智能监测技术和系统研究，通过研制具有仿生功能的传感阵列，实现对压力容器等特种设备的实时监测。研究团队利用激光直写(Laser Direct Writing)技术直接将柔性衬底转化为传感材料，成功制备了基于SiC应变传感器阵列。该工作的创新之处在于利用激光的定域加热作用，将弹性体衬底直接转化为传感材料，同时配以激光直写路径规划，制备出基于 SiC的传感阵列。与现有的半导体工艺相比，此方法具有制备工艺简单，成本低，与柔性衬底兼容的特点。

飞机动力系统的SiC

航空业不断寻求提高航空旅行效率和环保的方法。航空用SiC的一个好处是它可以很好地设计轻型部件，可有效减小飞机功率转换方案的尺寸和重量。与传统的硅基材料相比，它提供了更卓越的结果。

SiC的最合适的应用场合是高温，高功率和高电压相关的应用。此外，SiC相比硅而言可以工作在更高温度下。这意味着SiC可以显著改善航空业的功率开关系统。

SiC与传感器系统

SiC还可以帮助传感器在极端条件下运行。澳大利亚昆士兰格里菲斯大学的研究人员通过使用SiC代替硅来解决温度限制问题，他们相信他们的研究成果可以为石油和煤炭开采或内燃机等目的带来更好的电子传感器。

SiC与电动汽车

Strategy Analytics的一份报告指出SiC和氮化镓（GaN）将是未来高效电动汽车的主要电力电子元件。预计到2026年，由这两种材料制成的半导体将占高效电动汽车电力电子芯片的近20％。

此外，该报告表示，与GaN相比，SiC技术更加成熟。目前电动汽车已经开始用SiC代替以前的硅产品部件，这些部件包括DC-DC转换器——它将直流电从一个电压电平转换为另一个电压电平，以及主逆变器和车载充电器。

欧盟正在开发用于电动汽车的模块化传动系统（drivemode-h2020.eu），它可以优化电池电量，同时提供30％的扭矩增加并减少所需的充电时间。据报道，该创新产品采用碳化硅逆变器以及众多其他的黑科技，研究小组预计将在2019年9月在意大利举行的峰会期间介绍一些早期测试结果。

SiC与军用系统

美国陆军也对碳化硅电子设备的地面车辆感兴趣，它希望结果在不到50％的体积下提供两倍的功率。2017年，美国陆军坦克车研究、发展和工程中心(TARDEC)近日授予通用航空(通用集团分公司)410万美元合同，来研发和展示基于碳化硅(SiC)的功率电子器件，以推进下一代地面车辆用大功率架构。该合同为期24个月，将在一个200kW起动器发电机控制器(ISGC)中展示GE的SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的技术优势。集成的ISGC将以重量不超过50磅的单线路可替代单元(LRU)为多种发电机提供传感和非传感控制;可工作在125摄氏度周围环境，以引擎启动双向方式工作;使用105摄氏度冷却剂，支持CAN总线编程。

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