技术论坛

  • 纺织品摩擦纳米发电机的研究进展

    司苏求;刘玮;

    阐述了纺织品摩擦纳米发电机(T-TENG)在智能可穿戴领域的优势。重点介绍了纺织品摩擦纳米发电机的四种工作模式,包含垂直接触-分离模式、单电极模式、水平滑动模式和独立摩擦层模式。分析了不同组成结构对电输出性能的影响,对国内外研究中涂覆、纺纱(加捻、编织和静电纺丝)、针织、机织、非织造等制备方法对纺织品摩擦纳米发电机电输出性能的影响进行了全面评估。总结了纺织品摩擦纳米发电机在改善电子纺织品的能量转换、存储寿命和拉伸性能等方面取得的重要进展。由于纤维/织物的可穿戴设备仍面临着材料和制造技术的限制,导致目前主要依靠实验室制造,材料和制造工艺仍未大规模商业化。最后指出了开发先进的摩擦材料和制造方法以及发展思路。展望了纺织品摩擦纳米发电机的未来发展方向。

    2024年02期 v.61;No.561 7-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 2060K]
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  • 基于GMR生物传感器的病原体检测研究进展

    杨真;柳梦雨;孙逊;孙学成;王振宝;李丹青;徐军;

    对当前病原体检测方法和磁性生物传感器的优势进行了简单阐述,分别介绍了巨磁阻(GMR)传感器在生物医学检测领域的应用优势、GMR效应的来源及常见的GMR传感器的结构类型,重点关注了GMR生物传感的基本原理,包括传感器在免疫分析领域的应用策略和传感器表面功能化的方法。总结了GMR生物传感器在病原体检测中的发展现状,重点阐述了GMR生物传感器在靶向标签、致病菌和病毒检测方面的实际应用。最后对当前GMR生物传感器在病原体检测领域面临的问题进行简要分析,对GMR生物传感器未来的应用前景进行了展望,为新一代可用于临床检测的GMR生物检测系统的开发奠定坚实的基础。

    2024年02期 v.61;No.561 19-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 2131K]
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  • CMP抛光液中SiO2磨料分散稳定性的研究进展

    程佳宝;石芸慧;牛新环;刘江皓;邹毅达;占妮;何潮;董常鑫;李鑫杰;

    对SiO_2磨料在化学机械抛光(CMP)抛光液中的应用以及影响抛光液分散稳定性的因素进行了阐述,重点从SiO_2磨料分散稳定性的角度介绍了SiO_2磨料质量分数和粒径、抛光液pH值、表面活性剂种类和表面改性等对抛光液稳定性的影响,通过分析Zeta电位绝对值的范围、凝胶时间的长短、粒径随时间的变化和接触角等,总结了小粒径(35 nm左右)SiO_2磨料在抛光液中的分散机理,同时探讨了弱碱性环境对磨料Zeta电位的影响,阳离子、阴离子和非离子表面活性剂对磨料表面的作用机理和复配使用的效果,以及表面疏水化或亲水化改性对磨料分散稳定性的影响。最后对该领域未来的发展方向进行了展望。

    2024年02期 v.61;No.561 31-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1417K]
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  • 压电能量收集技术的研究现状与发展趋势

    徐诗友;吴晟霖;庞珊;王如意;

    综述了压电能量收集技术的国内外发展现状,从压电材料、机械结构和电路设计等方面的研究动态和进展进行了分类和阐述。重点分析了压电能量收集装置机械结构的优化方法,并对基于上变频转换法、多模态法、频率调谐法、多方向振动能量收集法和非线性法等不同种类机械结构优化方法的能量收集器的优缺点进行了对比。此外,还分析了数字开关控制电路和芯片集成控制电路在电路设计方面的优化方案。最后,结合目前压电能量收集技术存在的问题,在压电材料性能的提升、能量收集器机械结构的优化、能量收集器电路结构的优化以及混合能量高效收集等四个方面的技术创新点的基础上,对压电能量收集技术未来的发展趋势和发展重点进行了展望。

    2024年02期 v.61;No.561 42-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1733K]
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材料与结构

  • 基于可控剥离技术的柔性反铁电薄膜固态制冷技术

    乔骁骏;王静慧;李雅青;耿文平;

    反铁电薄膜具有强大的偶极子动力学可调特性,在储能电容器和固态制冷领域表现出巨大的潜力,因此有必要对柔性反铁电薄膜的固态制冷进行研究。采用溶胶-凝胶技术在蓝宝石衬底上制备了Pb_(0.97)La_(0.02)Zr_(0.95)Ti_(0.05)O_3(PLZT)薄膜,并通过可控剥离技术将其柔性化。柔性反铁电薄膜的极化特性在不同的外加偏压下表现出典型的滞回特性,并在外加电场驱动下表现出巨大的负电卡响应。结果表明,柔性反铁电薄膜室温下绝热温度变化为-6.9 K,在450 kV/cm的电场强度下,205 K时获得了-9.5 K的最大绝热温度变化。本研究为可穿戴柔性设备和场景的固态制冷提供可行性,同时为其他功能薄膜的柔性集成制造提供了技术基础。

    2024年02期 v.61;No.561 60-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1566K]
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  • N掺杂石墨炔/Bi2GeO5复合材料的合成及光催化性能

    李书岩;郑永强;陈豪豪;赵俊杰;孙明轩;

    以N掺杂石墨炔、硝酸铋和二氧化锗为原料,在180℃的水和二乙醇胺混合溶剂中保温18 h,原位合成了N掺杂石墨炔/锗酸铋(N-GY_x/Bi_2GeO_5)复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计、光致发光光谱仪等多种表征技术对样品的晶相、形貌、元素组成和光学性能进行了分析。光催化测试表明,60 min光照下,N-GY_3/Bi_2GeO_5光催化降解亚甲基蓝的效率为82.93%,约是Bi_2GeO_5(64.52%)的1.29倍。三次循环光催化实验后,复合材料的光催化活性保持86.08%,晶相组成也没有明显的变化,表明样品具有较好的光催化稳定性。活性物种捕获实验证实h~+在光催化降解亚甲基蓝的过程中起主要作用。由(光)电化学测试可知,与Bi_2GeO_5相比,N-GY_3/Bi_2GeO_5具有较大的光电流、较小的界面电荷转移电阻和更负的平带电位。氮掺杂石墨炔的引入,提高了Bi_2GeO_5的光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而增强了光催化降解亚甲基蓝的效率。

    2024年02期 v.61;No.561 68-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1613K]
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  • 不同核壳结构的CsPbBr3纳米晶体的稳定性、生物相容性能

    陈丹阳;薛娟娟;韩丹;

    CsPbBr_3钙钛矿纳米晶体(PNC)由于出色的光学性能使其在生物领域具有广泛的应用前景,但CsPbBr_3 PNC的低稳定性及高毒性大大限制了其实际应用。因此,通过壳层包裹,采用室温重结晶法分别将环糊精(CD)和SiO_2包覆在CsPbBr_3 PNC表面合成核壳结构的CsPbBr_3@CD和CsPbBr_3@SiO_2。不同的包覆材料使PNC具有不同的光学特性、稳定性及生物相容性。其中,CsPbBr_3@SiO_2的荧光量子产率(36.16%)约为CsPbBr_3@CD(14.39%)的2.5倍。CsPbBr_3@SiO_2的平均荧光衰减寿命(101.43 ns)约为CsPbBr_3@CD(68.73 ns)的1.5倍。在30℃、湿度为60%的空气中放置10天后,CsPbBr_3@SiO_2荧光强度约为CsPbBr_3@CD的3.9倍。将CsPbBr_3@CD和CsPbBr_3@SiO_2与细胞共培养,细胞存活率分别为51.27%和88.57%。结果表明,相较于CsPbBr_3@CD,CsPbBr_3@SiO_2具有更好的光学特性、稳定性以及生物相容性,更有利于在生物医学领域应用。

    2024年02期 v.61;No.561 75-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1931K]
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  • C/Sn复合薄膜的磁控溅射制备及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能

    闫共芹;时孟杰;王欣琳;蓝春波;武桐;

    采用磁控溅射的方法在铜箔上制备了C/Sn复合薄膜并将其作为锂离子电池负极材料,研究了C/Sn复合薄膜中Sn质量分数对其电化学性能的影响。研究发现,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其首圈放电比容量增加,在一定范围内增加Sn质量分数,首圈库仑效率增加,但当Sn质量分数过多时其库仑效率降低。Sn质量分数分别为89.20%、91.61%、93.85%、95.81%的四种复合薄膜,在电流密度为500 mA/g时的首圈放电比容量分别为1 195.4、1 372.97、1 574.86、1 642.30 mA·h/g,首圈库仑效率分别为86.84%、87.88%、94.06%、80.66%。循环200圈后,四种复合薄膜的比容量衰减率分别为0.70%、6.13%、11.32%、18.88%。研究结果表明,当复合薄膜中Sn质量分数为89.20%时,其具有最优的倍率性能和循环稳定性能,随着复合薄膜中Sn质量分数的增加,其倍率性能及循环稳定性变差。

    2024年02期 v.61;No.561 84-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 2333K]
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  • 水热法制备富含氧缺陷的水合二氧化钒电极及其储锌性能

    李娜;张杰;苏芸;王亚清;李尊;遆瑞霞;申小萌;王衫;

    为了开发具有循环稳定性的钒基锌离子正极材料,利用五氧化二钒与苯硼酸之间的反应作用,通过简单的一步水热反应制备出富含氧缺陷的水合二氧化钒(VO_2·xH_2O)。氧缺陷的引入可有效提高电导率,从而促进VO_2·xH_2O的反应动力学和电化学性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了VO_2·xH_2O的形貌和结构。电化学测试结果表明,VO_2·xH_2O作为正极材料组装成的水系锌离子电池表现出优异的储锌性能。在2 A·g~(-1)的电流密度下,VO_2·xH_2O电极首圈放电比容量为214 mA·h·g~(-1),其在0.5 A·g~(-1)电流密度下循环100圈后放电比容量还能保持215 mA·h·g~(-1)。因此,提供了一种具有高性能的富含氧缺陷的水合二氧化钒电极的高效制备方法,为钒基电极材料商业化开拓了新思路。

    2024年02期 v.61;No.561 93-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1324K]
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MEMS与传感器

  • 基于对称型双谐振电路的LTCC温湿传感器

    刘建航;高尚;江剑;

    为了实现高温、恶劣环境下温度和湿度复合参数测量,设计了一种基于对称型双谐振电路的双参数传感器。该传感器采用了一种独特的对称型双谐振电路,可解决多参数间物理性串扰的难题。首先通过高频结构模拟器(HFSS)对传感器电场进行仿真,采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术对传感器进行制备,最后搭建温度和湿度平台测试并验证了传感器的可行性。测试结果表明,两个被测参数的谐振频率彼此完全独立、解耦,其中传感器的最高测试温度为500℃,随着温度的升高,温度灵敏度逐渐升高,在25~300℃、300~400℃和400~500℃范围内,温度灵敏度分别约为0.011 6、0.025 9和0.049 3 MHz/℃,湿度灵敏度约为0.043 MHz/%RH,传感器对温度和湿度测量均表现出了良好的敏感特性。

    2024年02期 v.61;No.561 100-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K]
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  • 基于压电能量收集技术的自供电系统设计

    马超群;王德波;

    为了降低对传统电池的依赖,同时收集和利用汽车发动机的振动能量,设计了一种二自由度压电能量收集器和基于压电能量收集技术的自供电系统。系统主要由压电能量收集器、电源管理模块和加速度传感器组成。对压电能量收集器进行了建模、仿真和测试,得到了压电能量收集器的谐振频率和输出电压,测试结果表明该压电能量收集器前两阶谐振频率分别为105.5和124.6 Hz,并且在95~128 Hz频率范围内输出电压均在2.7 V以上,频率带宽为33 Hz。测试系统的整体功能,测试结果表明电源管理模块LTC3588-1输出3.34 V的直流电压,加速度传感器ADXL335能够正常工作。实验验证了压电能量收集技术在汽车电子领域中的潜力和可行性,为汽车电子设备提供可持续的自供电解决方案。

    2024年02期 v.61;No.561 109-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1519K]
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  • 压电复合薄膜触觉传感器的研制及其坐姿识别应用

    王超;高国伟;周昭;

    对溶液流延法和静电纺丝法制备出的聚偏二氟乙烯(PVDF)/钛酸钡(BaTiO_3)复合薄膜进行压电性能分析,并且对不同质量分数BaTiO_3的压电复合薄膜进行性能测试,确定最佳的掺杂比例,使用丝网印刷方法制备出传感器阵列。设计信号转换电路、复位电路、供电电路、多路选通电路,使用PyQt5编写上位机图形可视化界面。在坐姿的识别过程中对五种不同的坐姿(左倾、右倾、正常、前倾、后倾)进行数据采集,对采集到的数据进行线性插值滤波,使用支持向量机(SVM)对数据进行分类,通过添加不同的核函数进行对比分析,实验结果表明识别准确率达到88.33%。

    2024年02期 v.61;No.561 117-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1645K]
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  • 基于ZnO/CuO敏感电极的NO2传感器性能

    赵晓晶;王岭;孟维薇;李跃华;戴磊;

    二氧化氮(NO_2)是最常见的空气污染物之一,主要来源于化石燃料的燃烧,需要研制性能优良的NO_2气体传感器来对其体积分数进行实时监测。采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质、ZnO/CuO为敏感电极,制备了阻抗型NO_2传感器。采用分步浸渍法将敏感材料原位引入到YSZ多孔骨架中,通过调整敏感材料ZnO/CuO摩尔比来优化传感器的敏感性能。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的组成和微观结构进行了表征。结果表明,ZnO/CuO颗粒均匀分散在YSZ多孔层中。以相角(Θ)作为响应信号来评价传感器敏感性能。实验结果表明,与单一氧化物ZnO相比,ZnO和CuO摩尔比为8∶2制备的传感器对NO_2气体具有更好的敏感性能。在400~500℃,Θ响应值与5×10~(-5)~5×10~(-4) NO_2体积分数呈良好的线性关系。450℃时,传感器有最低检测下限5×10~(-5)。此外,该传感器表现出最大响应值(5×10~(-4) NO_2的Θ响应值为18°)、最佳灵敏度(0.039°/10~(-6))、良好的稳定性以及对其他气体的抗干扰能力。

    2024年02期 v.61;No.561 126-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1963K]
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  • 基体模量对用于柔性传感器的导电聚合物复合材料电阻黏弹性的影响

    田新娅;魏小明;张云涛;母全祎;

    导电聚合物复合材料(CPC)被广泛用于柔性电阻式传感器的制备。然而由于聚合物基体的黏弹性,导致其电阻响应呈现松弛、滞后等黏弹性现象,这将会对制备的传感器精确表征造成不利影响,故在材料制备阶段减小电阻黏弹性对基于CPC的柔性电阻式传感器具有重要意义。选择了常用的零维炭黑(CB)及一维多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,并通过在质量分数3%~7%间改变硅橡胶(SR)固化剂质量分数来调节基体模量,研究了基体模量及纳米填料维数对CPC电阻黏弹性的影响。研究结果显示,纳米填料质量分数为3%时,随着基体模量的增加,CB/SR的电阻松弛比从15%增加到34%,多壁碳纳米管/硅橡胶(MWCNT/SR)的电阻松弛比从40%增加到47%;动态循环加载下的应变灵敏度也随基体模量的增加而下降。相同固化剂质量分数即相同基体模量时,与MWCNT/SR相比,CB/SR的电阻松弛比、动态循环加载下的应变灵敏度下降程度和“肩峰”更小。因此,在制备过程中减小基体模量、使用零维导电纳米填料CB,均可减小CPC的电阻黏弹性。

    2024年02期 v.61;No.561 134-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 2268K]
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加工、测量与设备

  • 电子束光刻HSQ显影对比度中的图形密度效应

    梁惠康;段辉高;

    氢倍半氧硅烷(HSQ)是一种高分辨的电子束抗蚀剂,其稀疏结构的分辨率已证实达到亚5 nm。但在实际应用中,很难达到约10 nm周期的密集结构,其中间隙残胶问题是无法实现更高分辨率的根本原因。利用传统大块薄膜获取的显影对比度进行理论计算,得到的结果与实际曝光的分辨率极限存在较大差异。针对这一问题,提出了与图形相关的显影对比度,提高了传统显影对比度在密集图形分辨率极限预测中的适用性。对HSQ的微观显影机理进行了阐述,分析了大块薄膜、亚10 nm周期密集高分辨结构显影过程和显影对比度曲线差异,预测和实验验证了超稀疏结构的超高显影对比度(线剂量对比度约为114)。该研究为改善HSQ工艺及提升计算光刻模型的精度提供了新的思路。

    2024年02期 v.61;No.561 143-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 1490K]
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  • SERS光谱技术在结直肠癌诊断中的应用效果

    蔡曌颖;朱冬徐;周若宇;朱雨彤;胡开颜;王杨;邓嘉林;韦伟;秦晓纲;钱亚云;

    选取扬州大学附属江都人民医院收集的50例结直肠癌组血清和50例健康组血清。以金纳米星(AuNS)为基底,利用Renishaw inVia Reflex激光共焦Raman光谱仪,对血清样本的表面增强Raman散射(SERS)光谱进行测定。借助Origin 2021对Min-Max归一化后平均光谱的特征峰分析,并用主成分分析(PCA)-K最邻近(KNN)模型对关键特征提取、分类。结果表明AuNS基底具有良好的均匀性、灵敏度和洁净性。结直肠癌患者在572、633、873、1 065、1 314、1 417和1 655 cm~(-1)特征峰处强度明显高于健康组,在1 000和1 536 cm~(-1)特征峰处强度低于健康组。PCA-KNN模型的准确率达到95%,灵敏度、特异性和曲线下的面积(AUC)分别达到90.0%、96.7%和0.933。结合PCA-KNN模型和SERS光谱技术可实现对结直肠癌快速、准确的识别,为诊断结肠癌提供了一种探索性的新方法。

    2024年02期 v.61;No.561 151-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1810K]
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  • 基于无微波金刚石NV色心测磁技术的电流测量应用

    宋东波;仇茹嘉;王鑫;赵龙;耿佳琪;田腾;刘雅琪;刘鑫;

    为了在特高压(UHV)环境下使用氮-空位(NV)色心量子测量技术,研究了金刚石主轴与磁场夹角对相应曲线及电流测量精度的影响。构建金刚石氮-空位七能级超精细结构模型,根据仿真结果得到不同磁场方向下最高灵敏度范围和最佳测量范围,从而确定探头的最佳放置角度。基于无微波金刚石氮-空位技术搭建了直流大电流测量实验平台,测试了100~5 000A范围内荧光电压对电流的响应曲线。实验结果表明,该平台对5 000A直流电流测量误差在0.25%以内。作为无源器件,无微波金刚石氮-空位色心测磁传感器全光纤信号传输具备良好耐压性能,同时可在室温下工作,并具有结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优势,适用于特高压环境下的直流电流测量,为传统电力行业检测提供了新的检测方法。

    2024年02期 v.61;No.561 159-167页 [查看摘要][在线阅读][下载 1530K]
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  • 深硅刻蚀晶圆位置偏移分析与研究

    商庆杰;康建波;张发智;宋洁晶;

    晶圆位置偏移过大是导致深硅刻蚀设备发生传片报警问题的主要原因之一,尤其是在采用静电卡盘的设备中。阐述了晶圆位置发生偏移原因,重点研究了解吸附配方、顶针驱动和片间清洗方案。研究表明,静电吸盘的表面聚合物残留是导致静电释放不充分的主要因素,表面聚合物的清除有助于优化晶圆位置偏移。电动三针在固有残留静电力的情况下,通过缓慢连续升针方案缓解了跳片现象。优化片间清洗方案大幅减小表面聚合物残留。实验结果表明:优化后的解吸附配方为工艺时长90 s、电极功率1 000 W、气压20 mTorr(1 mTorr≈0.133 Pa)、氩气体积流量250 mL/min,电动三针接触晶圆前、接触中、脱离静电吸盘后的升针速度分别为3、2和6 mm/s,在上述工艺条件下,通过进一步优化片间清洗方案,使得晶圆位置偏移量从初始的2~6 mm降至0.2 mm以内。

    2024年02期 v.61;No.561 168-173页 [查看摘要][在线阅读][下载 1508K]
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  • 第十七届中国微纳电子技术交流与学术研讨会暨2024年微纳电子产业融合创新发展论坛会议通知

    <正>微纳电子技术涉及电子、机械、物理、化学、生物、医学、材料、制造、测试等多学科领域,是一门多学科交叉渗透和综合的高新技术,是未来技术更新换代和新兴产业发展的重要基础。为进一步推动我国微纳电子技术的快速发展,为大家提供一个了解国内外微纳电子技术最新发展动态的交流平台,“第十七届中国微纳电子技术交流与学术研讨会暨2024年微纳电子产业融合创新发展论坛”定于2024年5月10~12日在宁波开元名都大酒店举行。大会特邀微纳电子技术领域的知名专家、教授及企业代表等作大会主题报告,欢迎广大科研人员、高校师生以及产业界技术研究人员积极参与。

    2024年02期 v.61;No.561 174页 [查看摘要][在线阅读][下载 563K]
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