电性能

说起家电产品中的嵌入式软件，多数人首先想到的都是它能让家电更“聪明”。但业内专家指出，随着电子电路在家电产品中被越来越广泛地应用，软件不仅在家电性能的提升中起着积极作用，同时也充当着安全卫士的角色，因此将家电软件评估纳入安全及性能检测势在必行。 　　“如果说汽车的刹车是靠软件控制的，那你开车时会不会觉得不踏实?”国家家用电器质量监督检验中心综合检验部部长鲁建国在向记者解释安全功能的软件在电器运行过程中所起的作用时就举了这样一个例子。“其实，在洗衣机运行过程中也有需要紧急刹车的时候，比如突然打开波轮洗衣机的上盖，转动着的洗衣机就会骤然停止。”他介绍说，现在越来越多的洗衣机是由软件来完整这一程序控制的。还有不少电器中的过流保护、过热保护等都是通过软件感知热量、电流，并判断是否需要断电停机。 　　这些电子线路有些是实现其正常工作条件下的控制功能，有些还同时具有非正常条件下的保护功能。可以说，安全软件已经成为大多数家电产品的必要组成部分，而其可靠性直接关系到所控制器具对使用者和环境的安全。这些控制器相比传统的机电式控制器更易受到环境温度、湿度、电压和电磁场等的影响，其失效的方式多种多样，难以预见。对这些智能家电的安全性评估与对传统机电式家电评估相比，无法通过设置简单的故障条件来判断其符合性，必须对其进行软件评估。 　　国际电工委员会最早于2004年在IEC60335-1Ed4.1标准中的第19章就引入了关于电子电路失效评估试验要求，该标准附录R中规定了电子电路软件评估试验方法。我国现行国家标准GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全》等同采用这一要求。由于该标准对软件评估做了明确规定，因此无论是进行3C、CQC等国内安全认证还是进行CB、CE等国际安全认证，家电产品在适用的情况下均要按照附录R进行软件评估。另据了解，上述标准目前还仅存在于通用要求中，关于洗衣机等不同种类产品的特殊要求正在制定中。“与计算机系统软件不同，嵌入式软件和硬件有着密切的联系，大多数时候是不能将软件与硬件分离开来的。”鲁建国进一步解释说，家电软件评估，尤其是安全软件评估实际上是对整个电子控制器的评估，包含着对软件和硬件的评估。软件评估要确认软件文档及软件程序的适合性、软件文档与程序的一致性等。 　　目前高端产品基本上所有控制都由计算机程序完成的，无论是安全防护还是各种正常功能控制，都依赖于电子线路和软件。从硬件方面比较，各个品牌之间没有太大的差别，硬件水平提升的空间也有限，但是软件却千差万别，不同的程序流程、转速、时间、温度等参数会对洗衣机的性能产生重大影响，包括洗净比、磨损率、噪声、含水率、震动、用电量、用水量、寿命等，这些性能指标是洗衣机产品尤其是高端洗衣机产品竞争的亮点。 　　鲁建国指出，安全评估已经成为家用电器安全检测及认证必不可少的一环。相比家电安全软件评估，对家电中软件进行全面的评估更为复杂，但对预防和消除软件缺陷，提高软件质量以及家电产品可靠性和性能具有非常重要的作用。不过目前软件评估还主要限于安全功能软件，对软件全面度量进行评估还需要一个较长的发展过程。同时，即便是必要的安全软件评估，从日常检测情况以及对制造商调查了解来看，也存在着对软件评估了解少、不清楚产品是否需要软件评估、不清楚如何开展软件评估等突出的问题。有相当部分的洗衣机采用保护性电子电路及软件进行安全防护，但未进行软件评估确认，这种情况的出现与软件本身的特性有关，更与行业的认知和重视程度有关，以致有些制造商有意去回避软件评估。因此，将软件评估纳入家电产品安全和性能质量检测范围势在必行。

宁志军博士展示喷涂了胶体量子点的薄膜实验样品。 　　加拿大研究人员设计并测试了一种新型固态、稳定的光敏纳米粒子&mdash &mdash 胶体量子点技术，该技术或将用于开发更为廉价、柔性的太阳能电池及更好的气体感应器、红外激光器、红外发光二极管。此项研究成果发表在最新一期《自然· 材料》上。 　　胶体量子点基于两种类型的半导体收集阳光：N型(富电子)和P型(乏电子)。但N型半导体材料暴露于空气中时，会与氧原子结合，失去其电子，转变成P型材料。 　　论文第一作者、多伦多大学电气与计算机工程系博士后宁志军在接受科技日报记者采访时说，其研究小组开发的新型胶体量子点技术，可使N型材料在暴露于空气中时，不与氧结合。同时维持稳定的N型和P型层，不仅能提高光的吸收效率，还打开了同时获得光捕获和电传导最佳性能的新型光电器件的大门，这也意味着可利用新技术开发出更复杂的气象卫星、遥控设备、卫星通信或污染检测仪。 　　宁志军称，这仅是此项材料创新研究的第一步，利用这种新材料可构建出新的器件结构。与普通硅材料电池相比，胶体量子点材料可在低温下合成，耗能低且工艺简单。这种溶液可处理的无机材料增强了电池的稳定性和便携性。研究发现，碘是兼备高效和空气稳定性的量子点太阳能电池的完美配体。 　　由于吸收光谱可达红外区域，这种N-P混合型新材料可吸收更多光能，从而使太阳能转换效率最高可达8%。改进性能还仅是这种新型量子点太阳能电池结构的开始，未来这些功能强劲的量子点可与油墨混合，喷涂或印刷到轻薄、柔软的屋面瓦表面，从而大大降低太阳能电力的成本，造福普通民众。 　　宁志军介绍，胶体量子点太阳能光伏技术在最近10年里已取得飞速发展，太阳能转换效率已从最初的0.1%提高到实验室条件下的10%左右。但要实现该技术的商业化，还需持续改进其绝对性能，或电力转换效率。

近红外光响应的有机光电探测器（OPDs）具有光电性质易调控、可大面积柔性印刷制备、可室温工作等优点，在可穿戴智能设备、柔性电子皮肤、生物医学成像等新兴领域颇具应用前景。然而，高性能的超窄带隙有机半导体材料的设计合成较为困难。目前关于强近红外Ⅱ区（1000-1700 nm）尤其是硅带隙以下波段（1100 nm）响应的有机光电探测器鲜有报道，且比探测率（D*）普遍低于商用无机探测器。 　　中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室林禹泽课题组在高性能近红外有机光伏材料与光电器件方面开展了相关研究，并取得了系列进展。近日，该课题组设计合成了一种具有高Mulliken电负性的含氰醌式端基，4-二氰基亚甲基-1-萘醌（QC）。基于该端基构筑的超窄带隙受体材料实现了硅带隙以下的高灵敏光电探测。端基QC结合了醌类分子的还原诱导芳香稳定性和氰基的强吸电子特性，表现出明显高于目前常用端基（4.61~5.46 eV）的Mulliken电负性（5.62 eV）。与常用端基3-(二氰基亚甲基)靛酮相比，QC端基构筑的小分子受体材料的光学带隙普遍减小了0.40-0.45 eV，最小的光学带隙可窄至0.77 eV。在光伏模式下，二极管型近红外OPD器件在0.41~1.2 μm的宽响应范围内获得了超过1012 Jones的比探测率，在1.02 μm处获得了最大值2.9 × 1012 Jones。虽然可探测的波长极限短于InGaAs探测器，但该OPD器件在0.9~1.2 μm范围内的D*值已与商用InGaAs探测器相当，高于商用的Ge探测器。基于高灵敏近红外OPD器件，林禹泽课题组与合作者实现了宽范围（0.4~1.25 μm）的光谱准确测量以及硅带隙以下1.2 μm近红外Ⅱ区成像。 　　该研究由化学所、吉林大学和浙江大学合作完成。相关研究成果近日发表在《科学进展》（Science Advances）上，并入选当期Featured Image。研究工作得到国家自然科学基金和中科院的支持。 基于高电负性端基的超窄带隙材料的OPD实现1.2 μm近红外Ⅱ区成像 The Featured Image