技术论坛

• 巨磁阻抗传感器在生物检测领域的研究进展

  孔云;吴次南;魏千惠;张青竹;魏峰;

  对巨磁阻抗(GMI)效应的产生以及基于GMI效应制备的生物传感器的优势进行了简单阐述,分析了GMI生物传感器应用于生物检测的工作原理,并对GMI生物传感器的制备方法以及主要的薄膜结构对GMI比值的影响进行了综合介绍,总结了GMI生物传感器在生物检测中的应用,并重点阐述了GMI生物传感器在免疫磁珠、肿瘤标志物、细菌、病毒、细胞检测以及血栓模拟检测方面的研究进展。最后,对当前GMI生物传感器的检测应用所面临的困难进行了总结,并对GMI生物传感器未来的发展方向进行了展望。

  2022年01期 v.59;No.536 1-8+30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1558K]
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• 涡发生器强化矩形微细通道传热的研究进展

  郑思尧;郭方文;黄魁;林清宇;冯振飞;

  涡发生器(VG)是一种有效的强化传热结构,近年来在微细通道传热领域得到广泛关注。对带有翼型、扰流柱型和插入物型VG的矩形微细通道传热和综合性能的研究进行了综述。首先重点阐述了翼型和扰流柱型VG的形状、尺寸、布置方式等因素对以水为工质的微细通道传热和综合性能的影响,以及纳米流体的浓度、颗粒材料或基液类型对带有翼型和扰流柱型VG微细通道传热和综合性能的影响。然后简要介绍了线圈和扭带插入物型VG强化矩形微细通道传热的研究进展。最后采用综合性能评价准则对比评价布置不同VG微细通道的综合传热性能,从而总结出最优VG结构;对VG在微细通道传热领域的未来发展方向进行了展望。

  2022年01期 v.59;No.536 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1305K]
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器件与技术

• 射频磁控溅射ITO薄膜对TOPCon太阳电池光电性能的影响

  郭永刚;王冬冬;陈丹;石惠君;张敏;李得银;

  通过射频(RF)磁控溅射分别在光学玻璃基底上和多晶硅薄膜层上沉积了氧化铟锡(ITO)薄膜,采用Hall效应测试仪测试了ITO薄膜的电阻率和载流子浓度等参数,研究溅射功率和溅射时间等参数对ITO薄膜的光电特性影响。测试多晶Si对称结构沉积ITO薄膜前后及退火后的隐开路电压和反向饱和电流密度等参数,研究ITO薄膜对n型晶硅太阳电池钝化接触的影响。研究结果表明:在纯氩气氛围下、溅射功率为200 W、溅射时间为15 min、转速为10 r/min、工作气压为1 Pa,在250℃退火10 min条件下,ITO薄膜光电性能最佳,退火后的电阻率为2.863×10~(-4)Ω·cm,退火后的隐开路电压为721 mV,n型隧道氧化物钝化接触(TOPCon)太阳电池平均光电转换效率为23.6%。

  2022年01期 v.59;No.536 19-24+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1918K]
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材料与结构

• 超级电容器电极材料VS₄@PPy的制备及其电化学性能

  赵匡健;卞梓垚;李宽;李凯楠;肖倩;曹海静;刘永生;方泽波;刘士彦;朱燕艳;

  探索具有优异电化学性能的电极材料是推进超级电容器发展的关键,设计优化过渡金属硫化物并研究其电化学性能对超级电容器的发展和应用至关重要。具有多种不同形貌的VS_4正是研究重点之一。采用简单的一步水热法制备了花状VS_4纳米材料,通过原位氧化聚合法在VS_4上包覆聚吡咯(PPy),得到VS_4@PPy纳米复合材料。PPy出色的导电性提高了VS_4的电化学性能,在三电极体系下测试VS_4@PPy电极电化学性能,结果表明VS_4@PPy复合电极具有良好的比容量:在电流密度为1 A·g~(-1)时,所合成的电极比容量为372 C·g~(-1)。所合成的VS_4@PPy复合材料为超级电容器的电极材料提供了选择。

  2022年01期 v.59;No.536 25-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1437K]
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• 柔性石墨烯/聚偏氟乙烯电加热复合膜的制备与研究

  李安琪;辛斌杰;

  石墨烯(GE)具有独特的二维纳米结构、良好的导电性和优异的热性能,使其在与聚偏二氟乙烯(PVDF)一起构建高性能聚合物填料时优于传统填料材料。采用溶液共混法制备GE/PVDF分散液,真空干燥法制备了GE/PVDF电热复合膜。GE/PVDF复合膜具有优良的电热性能(10 V电压下可快速达到196℃)、柔韧性好、质量轻(16 g/m~2)及热量分布均匀等特点。GE/PVDF复合膜保留了GE的固有特性,可在较低的工作电压下进行快速的电热响应,并继承了PVDF良好的机械性能。与其他电热材料相比,GE/PVDF复合膜具有显著优势,有助于提升智能纺织品在工业和航空等领域的应用。

  2022年01期 v.59;No.536 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1504K]
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MEMS与传感器

• 基于Ti₃SiC₂/Ecoflex纳米复合材料的足底能量采集器

  邹杰;石树正;宋金沙;何汇成;穆继亮;

  由于人体运动幅度以及频率往往毫无规律,且运动频率很低,这使人体运动能量难以有效采集。针对此问题,研制了一种可高效收集低频能量的足底能量采集器。Ti_3SiC_2/Ecoflex作为足底能量采集器的负性摩擦材料,经过掺杂和表面修饰后足底能量采集器的电学性能提升了107%。足底能量采集器在2 Hz的运动频率下输出功率可达1.66 mW,面功率密度为1.84 W/m~2。此外,在工作10 h后电学性能保持不变,具有优异的稳定性与耐久性。实验表明,当人处于行走或者奔跑状态时,足底能量采集器可以分别为50盏LED灯以及温湿度计供能。这进一步推动了摩擦纳米发电机在人体运动能量采集领域的广泛应用。

  2022年01期 v.59;No.536 38-43+83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1948K]
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• 基于聚二甲基硅氧烷微米结构的柔性单电极摩擦纳米发电机

  张满;山程;夏良平;党随虎;曾梦婷;杜春雷;

  摩擦纳米发电机已经广泛用于日常生活中收集各种机械能并转换为电能,作为触摸屏和智能皮肤技术的自供能传感系统。为了提高能量转换效率,设计了一种单电极的摩擦纳米发电机(S-TENG)。将表面含有微米尺度浮雕结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为S-TENG的摩擦层,一层厚度为20 nm的铟锡氧化物膜作为电极层,通过外部电路可以输出电能。微米尺度浮雕结构增强了摩擦层的电学性能。在室温下使用示波器通过施加不同的外部压力检测了S-TENG的开路电压和短路电流。测试结果表明,制备的S-TENG的开路电压达到了80 V,短路电流达到了1μA。

  2022年01期 v.59;No.536 44-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 1600K]
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• 一体化仿生结构压电MEMS水声传感器

  石树正;耿文平;毕开西;李芬;丑修建;

  为了实现水声传感器的低能耗、高灵敏度以及低成本批量制造,设计并制备了一种四螺旋梁集成拾振微球的一体化仿生压电微电子机械系统(MEMS)水声传感器。根据水母耳石触觉结构和水母身体回弹发电原理对该传感器进行仿生结构设计,并通过建模仿真确定其几何尺寸。利用溶胶-凝胶法制备了PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)压电薄膜,实现了压电层与Si晶圆片的异质集成,使用MEMS工艺制造了传感器件并完成封装。通过水声校准系统进行接收灵敏度测试,结果表明水声传感器的灵敏度达到-184.63 dB,表现出良好的灵敏度特性。对促进无源水声传感系统的发展和解决深海环境中微弱信号的灵敏识别、探测等技术难题具有重要意义。

  2022年01期 v.59;No.536 50-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1861K]
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• 基于核酸检测的微流控芯片设计与传热分析

  胡润林;王立新;任晓龙;

  为了解决传统数字聚合酶链式反应(PCR)扩增过程中移液操作产生的问题以及升降温速率慢的弊端,设计了一种连续流数字PCR微流控芯片,能对包含PCR反应体系的微滴进行快速扩增,可以提升核酸检测过程中的扩增效率。用COMSOL对芯片微通道内部的温度分布和两相流体的共轭传热进行了数值模拟。结果表明,芯片内部能产生95、55和72℃的均匀温区,各个温区的温度变化均在±2℃以内,可以满足PCR的温度要求。微通道内中心区域流体流速最高,且由0.1～20 mm/s变化时,微滴在目标温区的停留时间减少,扩增效率降低。根据仿真结果进行了流速为5、10、15和20 mm/s的实验,仅流速为5 mm/s时符合扩增要求,微流控芯片的扩增效率为PCR扩增仪的98%,扩增时间缩短为扩增仪的18.9%。为进一步开发集微滴生成、扩增和检测于一体的数字PCR设备提供了一种可行的技术手段。

  2022年01期 v.59;No.536 58-65+73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2017K]
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加工、测量与设备

• 基于MEMS工艺的压电驱动的可变形反射微镜

  王一;王欢;李以贵;

  可变形反射镜作为自适应光学系统的核心部件,通过与微电子机械系统(MEMS)技术的结合向微型化、集成化的方向发展。基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了一种压电驱动的可变形反射微镜,可通过电信号的控制实现微镜的驱动控制。设计的可变形反射微镜由硅镜片、锆钛酸铅(PZT)驱动器和玻璃基板三部分结构组成。利用有限元仿真软件对硅镜片的结构进行了优化。采用物理气相沉积、紫外光刻、共晶键合、机械切割和深反应离子刻蚀(DRIE)等工艺制备了微镜。在制备硅镜片的每一个工艺步骤结束后,使用激光干涉仪对硅镜面表面形变进行了检测。检测结果显示,制备的微镜在加载±1.5 kV电压时可以实现正向最大0.6μm、负向最大1.7μm的变形。着重讨论了硅镜片产生不均匀形变的原因,并提出了一些解决办法。

  2022年01期 v.59;No.536 66-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2648K]
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• 微纳尺度下准一维超导体TaSe₃的物理减薄

  王子佳;吴志勇;李承翰;詹鹏飞;杨泽燕;吴海城;宝日玛;邢颖;

  在低维材料中,二维材料的剥离技术已经相对成熟,准一维材料由于具有特殊晶格结构,其减薄方法目前还缺乏系统的研究。针对准一维层状超导体TaSe_3,借助X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪(RS)、原子力显微镜(AFM)与光学显微镜(OM)表征手段,系统地研究了微纳尺度样品的机械剥离法与超声辅助液相剥离法。结果表明:在机械剥离法中,提高温度或者改变样品放置方向使其与剥离方向垂直时,总剥离样品数和理想微纳尺度下的样品个数均增加,但理想样品占总样品的比例降低;在超声辅助液相剥离法中,利用超声波破碎仪,在振幅为305μm的条件下,超声20 min时,得到的理想样品最多,且远远多于机械剥离法得到的样品。因此,超声辅助液相剥离法与机械剥离法相比,更适用于微纳尺度准一维材料减薄。

  2022年01期 v.59;No.536 74-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1971K]
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• 基于离子束辅助沉积生长柔性类单晶硅的方法

  高莹;陈俊孚;吴苏州;索进平;

  通过离子束辅助沉积(IBAD)和射频磁控溅射(RFMS)的方法在低成本、柔性且轻质的金属箔基板上异质外延生长类单晶硅薄膜。在整个过程中,类单晶的Ge被用作晶格匹配的缓冲层进行Si的外延生长,其中Ge的基材来源于用IBAD法制备的双轴织构的氧化物过渡层。通过Si_xGe_(1-x)的梯度溅射进行Ge与Si之间的过渡,减少其界面缺陷。生长出的外延硅沿[001]方向高度取向,具有强烈的双轴织构,电子背散射衍射结果显示生长的类单晶硅薄膜具有小角度晶界,并且超过98%的晶粒与晶粒间的取向差小于2°。透射电子显微镜(TEM)的电子衍射图也证实了薄膜的类单晶性质。Raman光谱显示硅薄膜具有高的结晶度,结晶度几乎可与单晶硅片相媲美。与没有Si_xGe_(1-x)缓冲层的Si薄膜相比,具有缓冲层的Si薄膜表现出更好的织构、结晶度和更少的缺陷。在电性能方面,测得的n-Si薄膜掺杂浓度约为5×10~(18) cm~(-3),电子迁移率为110 cm~2/(V·s)。因此,采用RFMS和IBAD的方法可以为在柔性和低成本的非晶衬底上直接沉积高电子迁移率半导体薄膜提供一种新思路,这种新思路也为高性能印刷电子、柔性太阳电池和柔性电子应用提供了新的机会。

  2022年01期 v.59;No.536 84-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 1888K]
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• 氮掺杂多孔碳纳米纤维的制备及其储钾性能

  都玲玲;王雁;苏芸;王斌;刘洋;

  基于静电纺丝获得多孔碳纳米纤维,随后高温锻烧制备出氮掺杂多孔碳纳米纤维(N-CNF),并将其作为钾离子电池的负极材料。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪、Raman光谱仪和比表面积分析仪对目标产物进行了表征,研究了N-CNF负极材料的结构和形貌。N-CNF作为钾离子电池的负极材料,展现出了优异的电化学性能。在50和100 mA·g~(-1)的电流密度下,N-CNF负极材料分别循环200圈和400圈后比容量还能分别高达239和163 mA·h·g~(-1)。同时,N-CNF负极材料展现出了优异的倍率性能,其经500 mA·g~(-1)的大电流循环后电流密度恢复到25 mA·g~(-1)时,比容量仍然可以恢复到231 mA·h·g~(-1),随后达到256 mA·h·g~(-1)。所以,制备的N-CNF负极材料具有潜在的应用前景。

  2022年01期 v.59;No.536 93-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1827K]
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• 有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连技术

  杨鑫;刘英坤;张鹤;张崤君;杨欢;高岭;

  介绍了有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连技术发展概况,基于陶瓷基板、有机介质薄膜和金属化布线及互连制备工艺,详细阐述了有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连中的四种关键技术:陶瓷基板收缩率控制、陶瓷基板表面处理、有机介质薄膜制备和金属化布线及互连。陶瓷基板收缩率控制是通过改善陶瓷基板制备工艺,实现了对陶瓷基板通孔位置的控制,进而使陶瓷基板更好地与薄膜工艺相匹配;陶瓷基板表面处理是利用化学机械抛光(CMP)处理陶瓷基板表面,使基板表面粗糙度和平整度满足有机介质薄膜工艺需求,实现了在陶瓷基板上兼容有机介质薄膜;有机介质薄膜由低介电常数的有机高分子聚合物通过旋涂和烘焙而成,再通过多次薄膜工艺实现了多层有机介质薄膜的制备;金属化布线及互连利用物理气相沉积(PVD)技术制备粘附层金属和导电层金属,实现了介质层金属化布线和层间金属化互连。最后展望了有机介质薄膜-陶瓷异构集成互连技术的发展趋势。

  2022年01期 v.59;No.536 99-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1750K]
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