- 曲振毅;倪维尧;付赢毅;吴梦希;刘军山;
由于检测通量的不断提高，微流控芯片包含的检测腔室数量多、间距小、与之连通的流道结构尺寸在微米尺度，这对密封过程的操作精度提出了严苛的要求。探究了外部挤压刀具与微流道位置存在配合相对误差时微流道的塑性变形情况，分析了微流道密封失效的原因，总结了相邻检测腔室内反应液互串的发生规律。统计数据揭示了配合相对误差对密封效果的影响，发现芯片主体和支撑板在宽度方向的配合相对误差对密封成功与否起主导作用，而长度方向的配合相对误差对密封效果影响起次要作用。当宽度方向配合相对误差小于17.7%时，芯片密封成功率为100%;当宽度方向配合相对误差为17.7%～23.5%时，长度方向配合相对误差大于34.2%将导致密封的失效。基于以上结果，对芯片制作和密封过程进行优化，使得宽度方向配合相对误差主要集中在6.8%～8.1%,最大值不超过14.9%。制备并密封后的高通量微流控芯片经温度循环密封测试验证，密封效果优异，所有的检测腔室均未发生泄漏。揭示了影响挤压式微流道密封技术的主要因素，为阵列式微流控芯片的设计与制作提供了参考。
2024年11期 v.61;No.570 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1863K] [下载次数：61 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 许杨;王琮琛;杨军营;陈建霖;王诗男;
微电子机械系统(MEMS)陀螺仪因抵抗制造误差能力差和品质因数低等问题限制了其在高端领域的应用。通过对MEMS陀螺仪的理论分析和有限元仿真，基于绝缘体上硅(SOI)工艺设计并制备出了一种由多个同心嵌套的蜘蛛网环和菱形辐条组成的新型MEMS盘式谐振陀螺仪。实验结果表明，该陀螺仪的驱动谐振频率为42.749 kHz,感应谐振频率为42.798 kHz,频率失配为1.145×10~(-3),实测谐振频率与仿真结果差异为8.5%,优于采用相同工艺制作的环形盘式谐振陀螺仪。该MEMS陀螺仪不仅性能优异、工艺流程简单，而且由于采用全线性结构，所以对制造误差也相对不敏感，适合批量生产，具有较高的产业价值。
2024年11期 v.61;No.570 97-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1790K] [下载次数：179 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 冶鹏;汪卿;张弛;张磊;孙吉宁;
柔性应变传感器通常难以兼具高灵敏度、宽量程以及透明的性能。提出一种导电层为聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)的三明治结构聚合物柔性应变传感器，该传感器在兼顾高灵敏度和宽量程的同时具有高透明性。通过旋涂工艺在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上制备了可拉伸的透明导电聚合物薄膜；基于掩模氧等离子体刻蚀工艺对聚合物薄膜进行了图案化处理；通过拉伸得到表面具有微裂纹的全聚合物柔性应变传感器。微裂纹在应变加载过程中的开合程度对传感器电阻产生影响，进而能够对各种加载应变做出响应。性能测试结果表明，该柔性传感器在30%的应变下依然能稳定输出信号，满足人体动作检测的最大变形需求；在5%～20%的应变范围内，传感器具备线性响应(线性度>0.992 2)和高灵敏度系数(GF为10),克服了传统应变片GF(～2)低、量程小和刚度大的局限性；在可见光波长范围(400～800 nm)内，传感器的透光率超过70%。该传感器能够对人体肌肉和关节运动信号进行监测，在医学康复、运动训练以及人机交互等领域展现出应用前景。
2024年11期 v.61;No.570 104-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 1644K] [下载次数：259 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 陈晨;方林;王佩红;
针对直流摩擦纳米发电机(DC-TENG)自身性能的局限性以及静电击穿的优化，提出了一种简便、通用的将电荷泵和电场增强层与DC-TENG耦合的策略(CE-DC-TENG),以提高DC-TENG的输出性能。交流摩擦纳米发电机(AC-TENG)被用作电荷泵，在DC-TENG中引入一层增强电场的导电层并与电荷泵连接，以积累电荷和增强静电击穿的电场。在研究过程中，设置了运动频率与竖直压力这两个参数，并通过改变参数的大小测试了对应的输出性能。结果表明在1.0 Hz的运动频率和25 N竖直压力下，CE-DC-TENG输出电流约为0.67μA,七个周期的转移电荷量约为0.95μC。这个结果分别约为基于静电击穿DC-TENG的5倍和2倍。并且，该器件的输出功率在负载电阻600 MΩ左右获得最大值，达到54μW。CE-DC-TENG的峰值输出功率约是DC-TENG的18倍。通过线性滑动模式CE-DC-TENG验证了该方法的有效性。
2024年11期 v.61;No.570 113-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 1527K] [下载次数：303 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 张林;胡宗达;张坤;李宁;秦芸;
针对微机电系统(MEMS)微压传感器无法同时提高灵敏度与线性度的问题，设计了一种新型的梁-膜结构，与常规的C型和E型结构比较，该结构具有灵敏度高、易加工的特点。根据所研究的量程，设计了压敏电阻尺寸和阻值。通过调整结构梁厚度、敏感膜片尺寸等参数，并使用仿真软件建立力学模型，得到输出灵敏度和线性度等仿真结果，以优化梁-膜结构设计。采用绝缘体上硅(SOI)晶圆作为衬底，通过标准MEMS芯片生产流程实现微压芯片的制备，并采用引线键合的方式完成了芯片的封装，形成了传感器。测试结果显示在0～1 kPa量程范围内，微压传感器的灵敏度可达4.5 mV/(V·kPa),非线性误差为0.11%,其输出电压噪声波动在±9 Pa以内。
2024年11期 v.61;No.570 120-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1786K] [下载次数：464 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：16 ] - 邵华泽;袁天辰;杨俭;宋瑞刚;
针对电磁式振动能量采集器存在漏磁和磁路部分磁感线未穿过线圈的问题，设计了一种基于径向充磁的单自由度振动能量采集器。该采集器设置有衔铁和非导磁部件两部分，这两个部分能够起到闭合磁路、增加磁感线返回磁极轴向距离的作用。这不仅减少了漏磁现象，而且提高了穿过感应线圈的磁感应强度，进而获得更高的感应电压。通过有限元仿真对系统模型进行分析，仿真结果表明：在增设衔铁和非导磁部件后，系统磁路中的磁感应强度、开路电压均有明显提升，最大磁感应强度提高了92%,开路电压增加了近一倍。通过对相关参数进行优化得到：当感应线圈截面高度为14.7 mm、截面宽度为3.2 mm、上下衔铁厚度和中间衔铁宽度分别为12 mm和5.5 mm时，该系统输出功率达到最大，即8.79 W。同时，通过比较径向充磁与轴向充磁振动能量采集器的输出效果，发现在该条件下，径向充磁振动能量采集器输出功率优于轴向充磁的振动能量采集器。
2024年11期 v.61;No.570 127-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1404K] [下载次数：113 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：10 ] - 姜林丽;陈晓兰;卢文钗;叶超;雷雪莲;余龙腾;
为了提高木犀草素的生物利用度，改善急性乳腺炎治疗顺应性，以期给乳腺炎患者提供一种新型的用药选择，采用浇注法成功制备了木犀草素全载药可溶性微针(LUT-DMN)。单因素考察可溶性微针的基质种类、基质比例、溶剂种类及用量、干燥条件，正交优选微针基质比例、溶剂用量，最终确定微针的最佳制备工艺参数，从外观形态、机械强度、溶解性能、皮肤屏障恢复性能等方面对其进行评价；采用高效液相色谱(HPLC)法测定LUT-DMN载药量，利用Franz扩散池对载药微针进行体外透皮释药性能考察。得到最优处方：PVA与Gantrez S-97质量比为1∶3,溶剂用量9 mL。每片载药量为(1.068 3±0.037 0)mg,机械性能良好。作用于大鼠皮肤2 h时针尖几乎完全溶解，2 h后皮肤恢复情况良好。体外透皮试验结果显示，48 h时LUT-DMN累积透过率达87.14%。LUT-DMN的成型和机械性能良好，相比于药物基质溶液组，其具有显著透皮性能，可促进药物透皮吸收。
2024年11期 v.61;No.570 134-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1773K] [下载次数：1037 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ]
- 杜立群;蔡小可;郭柄江;王帅;聂伟荣;
在利用微电铸工艺制作微机电系统(MEMS)开关的过程中，针对离心保险锁结构因电铸层残余应力大而出现翘曲、扭转等变形问题，采用兆声辅助微电铸方法减小电铸层残余应力。为探究兆声波对电铸层残余应力的影响，基于等效参考温度(ERT)法，建立兆声作用下离心保险锁微结构电铸层残余应力的仿真模型以优选兆声辅助微电铸的工艺参数——兆声功率密度。仿真结果表明，随着兆声功率密度的增大，离心保险锁的残余应力呈现先减小后增大的趋势，当兆声功率密度为2.54 W/cm~2时，离心保险锁的最大残余应力为52.58 MPa,相较于无兆声作用时减小了85.4%。在数值模拟的基础上进行微电铸实验验证研究。实验结果表明：兆声功率密度为2.54 W/cm~2时，大细长比微结构的变形量减小了88.6%,实验结果与仿真结果一致。在上述仿真结果和实验研究的基础上，制作出了高800μm、细长比高达1∶70的离心保险锁结构，并完成MEMS开关的制作与装配。
2024年11期 v.61;No.570 144-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 2359K] [下载次数：87 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：10 ] - 杨啸;王辰伟;王雪洁;王海英;陈志博;杨云点;盛媛慧;
针对化学机械抛光(CMP)后硅片表面出现腐蚀缺陷的问题，研究了烷基糖苷(APG)对硅片表面腐蚀缺陷的影响。结果表明APG对硅片的抛光速率和静态腐蚀速率都有抑制效果，当APG质量浓度为0.8 mg/L时能获得较快的抛光速率(836 nm/min)、较低的静态腐蚀速率(3 nm/min)。经过不含APG的抛光液抛光后，硅片表面缺陷数目344个，采用扫描电子显微镜发现缺陷类型主要是腐蚀缺陷，此时硅片表面粗糙度0.58 nm。当抛光液中加入0.8 mg/L的APG时，缺陷数目下降到43个，表面粗糙度下降到0.28 nm。接触角和Langmuir吸附计算结果证明，APG主要依靠其亲水端的羟基和醚键在硅片表面物理吸附成膜，从而隔绝了抛光液中有机碱对硅片表面的腐蚀。
2024年11期 v.61;No.570 153-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 1980K] [下载次数：143 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 孙冰成;张健;张贤旺;于尉;
采用射频与直流磁控交替溅射法在石英玻璃载玻片上制备了氧化铟锡(ITO)/Cu/Al掺杂ZnO(AZO)(45 nm/10 nm/45 nm)组合结构的透明导电薄膜，并在不同退火温度下对薄膜进行真空热处理。利用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计、四探针电阻测试仪等表征手段，系统地研究了退火温度对ITO/Cu/AZO复合薄膜晶体结构和光电性能的影响。结果显示，经过不同温度的真空退火处理，薄膜的晶体结构和导电性能得到显著改善和提高，薄膜可见光平均透过率随着退火温度的升高先增加后降低。对比发现，在气压5×10~(-3) Pa、温度150℃下退火制备的ITO/Cu/AZO结构薄膜表现出最佳的综合性能，薄膜具有较强的(222)和(440)晶面衍射峰，在400～800 nm光波范围平均透过率约为80.5%,电导率约为1.76×10~3 S/cm,综合品质因数达到约2.12×10~(-3)/Ω。
2024年11期 v.61;No.570 161-168页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K] [下载次数：439 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 赵彬;郭建军;刘文静;吴健豪;刘双印;罗智杰;
由于数字微流控芯片在制造和使用过程中可能存在潜在故障，并且芯片的应用领域对安全性要求极高，因此需要对芯片进行全面的测试以确保其可靠性和安全性。提出融合卷积神经网络(CNN)算法和长短期记忆(LSTM)神经网络的预测模型。利用机器视觉技术获取数字微流控驱动控制系统数据，基于CNN-LSTM模型对数字微流控系统液滴运动时间变化进行预测及相关性分析，并与传统的LSTM神经网络模型进行对比。实验结果表明，在驱动电压90 V下，CNN-LSTM模型在预测精度上明显优于LSTM神经网络模型，决定系数(R~2)达到0.954 3,均方误差(MSE)仅为6.530 1,平均绝对误差(MAE)为1.917 9,平均绝对百分比误差(MAPE)为5.052 0,预测值与实验值之间的拟合程度高。结果表明，CNN-LSTM的预测准确率高于传统的LSTM神经网络模型，能有效识别实验器件健康状态、较好预测潜在故障时间，具有有效性和优越性。
2024年11期 v.61;No.570 169-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 1785K] [下载次数：484 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：7 ] - 林金毫;黄建智;李衍亮;
以玉米秸秆和荔枝树枝为原料，500℃下制备生物炭。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪对两种生物炭进行表征。通过滴涂法将两种生物炭材料分别修饰在玻碳电极(GCE)表面，成功构建了Y-BC/GCE和L-BC/GCE电化学传感器，并在醋酸盐缓冲液中用微分脉冲伏安法(DPV)研究了镉金属离子(Cd~(2+))在不同电极上的电化学行为。结果表明，两种生物炭修饰电极对Cd~(2+)的检测都取得较好的效果。在最优条件下(Y-BC/GCE:沉积电位-1.6 V、沉积时间100 s、pH=4;L-BC/GCE:沉积电位-1.3 V、沉积时间100 s、pH=5),两种生物炭传感器在浓度范围为0.2～20μmol/L内都有良好的线性关系，Cd~(2+)检出限分别低至0.06和0.05μmol/L。同时这两种生物炭传感器具有良好的稳定性、重复性以及抗干扰性，对实际样品中的Cd~(2+)具有良好的回收率(Y-BC/GCE:96.97%～102.57%;L-BC/GCE:97.01%～99.10%)。
2024年11期 v.61;No.570 179-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 1733K] [下载次数：416 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：9 ] 下载本期数据