- 李帆;李廷鱼;李朋伟;李银辉;郭丽芳;
离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电活性材料，具有体积小、质量轻、驱动电压低等优点，但驱动力小、稳定工作时间短等问题限制着其柔性致动性能。提出了一种基于银基IPMC的增强型致动器，通过在IPMC的基底聚合物中掺杂羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT),来提高IPMC的整体机械性能和致动性能。其中，掺杂质量分数0.5%CMWCNT的IPMC的最大尖端位移和驱动力分别增加至未优化银基IPMC的1.60倍与2.32倍，该性能的提升归因于CMWCNT良好的导电性和羧基对水合阳离子迁移的加速作用。与未优化的银基IPMC相比，掺杂质量分数0.5%CMWCNT时IPMC驱动速率可提升至3.57倍。研究结果可为IPMC在各领域的应用发展提供参考。
2024年03期 v.61;No.562 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1491K] [下载次数：328 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：3 ] - 侯丽鹏;邹炳锁;
微区光致发光光谱技术是研究稀磁半导体材料中激子与磁性离子之间相互作用的一种重要方法。通过化学气相沉积法合成了高质量钴离子(Ⅱ)掺杂硒化锌(ZnSe)微纳结构，并通过微区光致发光光谱表征了单个纳米片的带边发光。测试结果表明，Co(Ⅱ)掺杂ZnSe纳米片的带边激光发射峰位在2.77 eV,高于室温下闪锌矿结构的ZnSe带边发光2.67 eV,证实了该纳米片中同时存在纤锌矿和闪锌矿两种结构。分析发现，纤锌矿结构的Co(Ⅱ)掺杂ZnSe纳米片相比稳定的闪锌矿结构的带边激子态能量更高，并且可产生独自的发光。通过低温下的稳态光谱研究发现，在77 K下，可以同时观察到激子、束缚激子和激子磁极化子(EMP)的发光特征。激子磁极化子的发光结果证明，在Co(Ⅱ)掺杂ZnSe纳米片的稀磁半导体体系中可实现玻色子激光的发射，为未来自旋电子器件、光致磁性等技术的发展应用提供了思路。
2024年03期 v.61;No.562 74-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1246K] [下载次数：120 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李星震;李廷鱼;郭丽芳;李银辉;李朋伟;胡珂祺;
离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料，具有质量轻、驱动电压低的优点，但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点，限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试，证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明，掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下，尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍；输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点，为今后的发展开拓了前景。
2024年03期 v.61;No.562 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1471K] [下载次数：260 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：2 ] - 孙艳美;燕子红;章聚宝;王飒;热娜古丽·阿不都热合曼;
以硝酸银为前躯物，伽师瓜皮提取物作为还原剂和保护剂制备了伽师瓜皮银纳米颗粒(JM-AgNP)材料。通过单因素法分析了伽师瓜皮提取液的pH值和质量浓度、硝酸银溶液浓度、反应时间与温度对JM-AgNP的影响。采用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计、傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析仪、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等对JM-AgNP结构及性能进行表征，并探究了JM-AgNP对单偶氮染料的催化降解性能及机理。研究得到的JM-AgNP最佳合成工艺为：伽师瓜皮提取液pH值为11.5,硝酸银溶液浓度为7 mmol/L,伽师瓜皮提取液质量浓度为5 g/L,反应时间为150 min,反应温度为90℃。所形成的JM-AgNP近似为圆球形，粒径在9～46 nm之间。在(CH_3COO)_3BHNa还原作用下，经过15 min反应时间，JM-AgNP对酸性橙7(AO7)和酸性红13(AR13)染料的降解率分别达到90.48%和88.16%。研究结果可为银纳米颗粒的绿色合成及其在废水处理领域的应用提供方法和思路。
2024年03期 v.61;No.562 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1721K] [下载次数：217 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ]
- 刘宇轩;马超群;周佳成;王德波;
为了实现振动环境下的高效能量收集，研制了一种高功率密度的直角螺旋悬臂梁压电能量收集器。分析了不同悬臂梁弧度的压电能量收集器的应力分布，研究了不同悬臂梁弧度的压电能量收集器的谐振频率、开路电压和输出功率。研究结果表明，随着悬臂梁弧度的增大，能量收集器谐振频率逐渐减小，但是内部阻抗逐渐增大，其中悬臂梁弧度为2πrad的直角螺旋能量收集器的输出性能最好。通过实验测试发现，在0.1g的加速度激励下，悬臂梁弧度为2πrad的直角螺旋能量收集器的谐振频率为265 Hz、开路电压为1.8 V,当负载为140 kΩ时，实现最大输出功率为5.79μW。与其他不同结构的压电能量收集器相比，该直角螺旋结构收集器在满足供电需求前提下，还具有较高的功率密度，在便携式微电子器件供电和工业设备故障检测方面有广阔的应用前景。
2024年03期 v.61;No.562 99-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1413K] [下载次数：240 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：1 ] - 裴嘉裕;张国军;荆博原;柳燕;张文栋;
微电子机械系统(MEMS)水听器作为声呐的核心部件，具有灵敏度高、低频特性好的优势，在进行水下探测时，可同时得到水下声场的声压及振速信息，被广泛应用于声呐浮标、无人水下航行器(UUV)等水下平台，实现对水下目标的实时探测。以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心，基于MEMS水听器，选择合理的存储协议和能量检测算法，设计并实现了一套应用于声呐浮标的水下探测系统，并开展了室内测试与室外湖试实验。室内测试结果显示，MEMS水听器的矢量通道灵敏度约为-210 dB@100 Hz,可测带宽为10～2 000 Hz,具有平滑的“8”字指向性；标量通道具有全向性，灵敏度为-189.5 dB@100 Hz,可测带宽为10～1 250 Hz;系统功耗约1.55 W,同步采样率为10 kHz,存储容量为64 GB,可实现信号的实时检测以及对3路模拟信号和3路数字信号的存储。湖试实验结果表明，该系统在水下能够稳定工作，可以连续工作约23 h,经数据处理分析，系统采集到的水声信号正常，对目标信号的探测性能良好。
2024年03期 v.61;No.562 107-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1978K] [下载次数：771 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：0 ] - 张子瑞;高尚;
针对高温、高压等恶劣环境下的温度和压力参数测量，基于微波散射原理和高温共烧陶瓷(HTCC)技术设计了一种无线无源多栅格结构式温压传感器，能够实现25～800℃内温度的测量和0～300 kPa内压力的测量。使用高频电磁仿真软件对传感器进行结构设计，使所测参数与传感器回波损耗(S_(11))具有线性关系，然后通过传感器制备与实验对传感器性能开展验证。测试结果表明，在测量范围内，无线无源多栅格结构式温压传感器具有良好的可靠性和线性度，温度平均灵敏度为423 kHz/℃,压力灵敏度为209 kHz/kPa,温度和压力的最大相对测量误差分别为3.1%和1.13%。
2024年03期 v.61;No.562 118-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1686K] [下载次数：340 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：0 ] - 高纬钊;杨拥军;汪蔚;翟晓飞;周嘉;
通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时，将中央的对称面等效为虚拟磁壁，沿着窄边对电磁场进行多次折叠，形成FSIW。以该技术作为设计思路，提高空间利用率，实现了FSIW整体结构的小型化。将FSIW的优势融入环行器中心结设计，使设计的环行器芯片具有高功率容量、低插入损耗、体积小、质量轻的优点。基于微电子机械系统(MEMS)工艺，以高阻硅为衬底材料，制备了该硅腔FSIW环行器芯片，芯片整体尺寸为6.5 mm×6 mm×2.5 mm,工作频率为8.5～11.5 GHz,回波损耗>18.5 dB,带内插入损耗<0.4 dB,隔离度>20 dB。
2024年03期 v.61;No.562 126-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K] [下载次数：134 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
- 杜搏达;亓剑;张国亮;郑淑贤;
针对临床人工血管不具备诱导内皮化的内表面微结构，无法为内皮细胞生长提供合适的力学环境的问题，设计并制备了一种具有内表面拓扑结构的仿生血管(BVST),实现了壁面剪切力的优化分布。基于内皮细胞的形态分布，设计了具有正交、菱形、圆弧三种内表面拓扑结构的仿生血管。通过仿真分析，发现正交与菱形结构的BVST对血液流速影响较小，周期波动相近，且BVST的内表面拓扑结构能减缓细胞流速、增加细胞滞留时间，有利于内皮细胞在进行体外培养时沉积、黏附在BVST内表面。通过对比BVST与无拓扑结构仿生血管的剪切力分布，发现BVST整体剪切力分布更加均匀。分析单个拓扑单元内的剪切力分布，发现菱形拓扑单元内部剪切力分布均匀且连续，剪切力变化较小，有利于内皮细胞的生长。将聚己内酯(PCL)溶于二氯甲烷(DCM)配制质量分数35%的PCL-DCM溶液，采用内径为0.2 mm的针头，在移动速度40 mm/s、电压5.8 kV、针头高度1 mm、挤出气压0.05 MPa的条件下，基于电纺直写技术制备具有拓扑结构的仿生血管内膜；将拓扑结构浸水黏附在纺丝收集柱，基于静电纺丝技术制备仿生血管外膜，获得具有内表面拓扑结构的双层仿生血管。提出的仿生血管设计与制备工艺可为血管内皮化研究提供参考。
2024年03期 v.61;No.562 132-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 2211K] [下载次数：148 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 高阳;周燕萍;王鹤鸣;左超;上村隆一郎;杨秉君;
GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)在射频(RF)通信及新能源汽车领域有着巨大的应用潜力。TiN材料因其良好的热稳定性、化学稳定性及工艺兼容性，可用作GaN基HEMT的栅极材料。采用ULVAC公司生产的NE-550型电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备对TiN材料进行了干法刻蚀工艺的研究。采用光刻胶作为刻蚀掩膜，Cl_2和BCl_3混合气体作为工艺气体，通过调整工艺参数，研究了ICP源功率、射频(RF)偏压功率、腔体压力、气体体积流量以及载台温度对TiN刻蚀速率和侧壁角度的影响。最后通过优化工艺参数，得到了TiN刻蚀速率为333 nm/min,底部平整且侧壁角度为81°的栅极结构。
2024年03期 v.61;No.562 142-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 1705K] [下载次数：502 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：2 ] - 廖鹏飞;潘艳桥;胡睿;汪方杰;杨翊;
可回收电路具有材料利用率高、成本低、工艺简单等优点，能够带来良好的经济效益，同时减少了对环境的污染，在绿色制造中具有重要意义，但传统印刷工艺难以满足其高分辨率、高附着力的制备要求。提出了一种熔融合金电流体直写制备高分辨率可回收电路的方法。通过实验验证了该方法的可行性，发现高温的熔融合金能使基板软化，并部分嵌入其中，具有较好的附着力。此外，探究了喷嘴工作距离、脉冲峰值电压以及基板运动速度这三个关键工艺参数对熔融合金电流体直写成型质量的影响规律。结果表明：当喷嘴工作距离为0.25 mm,脉冲峰值电压为2.5 kV,以及基板移动速度为4.0 mm/s时，熔融合金电流体直写成型质量最好，平均线宽约为70μm。最后，在聚酰亚胺(PI)基底上直写制备了高分辨率的可回收电路，并成功点亮了发光二极管，完成了电路的后续回收处理及循环利用工作，为熔融合金材料在可回收电子和绿色制造中的应用提供了新的途径。
2024年03期 v.61;No.562 150-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 1583K] [下载次数：85 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 刘佳琪;詹晓非;朱增伟;叶刚;夏晨辉;
玻璃通孔(TGV)转接板因其具有优良的高频电学特性，在先进封装领域受到广泛关注。然而随着TGV深宽比的不断增加，采用传统的阴极定轴旋转式电铸工艺，其填充难度与成本将随之提高。为实现高深宽比TGV的无缺陷填充，减少电铸耗时和成本，提出一种基于阴极往复运动的TGV无缺陷镀铜填充新工艺。在仿真和实验的基础上，系统研究了阴极运动方式对TGV孔内电铸液传质、离子浓度、填充速率的影响。仿真和实验结果均表明，采用阴极往复运动能有效地保证TGV孔内各处离子浓度分布的均匀一致性，减缓浓差极化，从而提高沉积速率及其上限值。在不含任何添加剂的体系中，同等沉积电位条件下平均填充速率从阴极定轴旋转式电铸工艺的6.1μm/h提高至9.2μm/h。当电位为0.5 V时，阴极往复运动方式下平均填充速率达到45.2μm/h,且电铸铜填充层中未发现孔隙缺陷。这为在无添加剂电铸铜体系中实现高深宽比TGV的无缺陷电铸铜填充提供了一种可行的低成本方案。
2024年03期 v.61;No.562 157-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1693K] [下载次数：332 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 冯天成;张嘉容;王文国;陈曦;金思屹;刘慧芳;
随着柔性传感器的发展，传统加工工艺难以满足其高精度生产要求。电喷印作为一种新兴的微纳加工工艺，在复杂图案加工和高精度加工方面具备明显优势。研发了一种具备反馈功能的电喷印软件控制系统，实现了图案解析和机器视觉的在线监测。首先研究了不同形式打印目标的复杂图案解析方法，进行了响应曲面法设计实验，设计了对应的实时在线视觉监测算法和复杂图案的打印路径的优化算法，建立了电喷印关键工作参数的预测数学模型，并进行了测试分析。结果表明：该控制系统实现了打印过程的自动反馈，显著缩短了工作时间，使得电喷印过程的泰勒锥可准确地按需控制，打印线段相对偏差的统计值由±11%左右，减小至±6%左右，并打印出了最小半径为103μm的液滴和最小线宽为151μm的线段。研究成果为柔性微纳制造工艺提供了更高效、精确的生产方法。
2024年03期 v.61;No.562 166-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 1677K] [下载次数：134 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 时鹏程;吴兵;袁燕;于海洋;林树超;孟腾飞;周培根;
随着声表面波(SAW)滤波器的应用向高频、窄带方向延伸，在制造过程中准确地控制其中心频率及一致性变得越来越困难，需要对SAW滤波器的频率进行微调。重点介绍了一种在SAW滤波器上可实现目标频率修整的离子束刻蚀修频工艺，通过实验发现刻蚀厚度不同对滤波器表面的影响程度不同，一次离子束刻蚀厚度为50 nm时，铝膜表面出现微结构变化。分析了对晶圆、器件进行离子刻蚀工艺引起热损伤的机理，表征了不同刻蚀厚度对SAW滤波器粘接芯片的剪切力和硅铝丝键合力的影响。根据实验现象及结果提出了分梯度多次刻蚀的优化方案，给出了不同刻蚀厚度的刻蚀精度，对实验结果进行拟合，得到中心频率与刻蚀厚度的关系方程，从频率、插入损耗和通带方面分析了离子束刻蚀工艺对SAW滤波器电学性能的影响。经离子束刻蚀修频后，滤波器中心频率提高2 MHz,中心频率标准差由0.4 MHz减少为0.15 MHz,中心频率的均一性由0.29%改善至0.11%,频率一致性变好。
2024年03期 v.61;No.562 175-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1337K] [下载次数：246 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]