技术论坛

• 可溶性微针在经皮给药系统中应用的研究进展

  崔闻宇;刘美琦;王瑾;吴廷影;王妍;

  对微针在经皮给药系统中的优势进行了简单阐述，重点介绍了可溶性微针。可溶性微针由生物相容性和水溶性的基质材料制成，具有可生物降解、载药量大、不产生针尖废物等独特优势。从可溶性微针常用的基质种类和制备方法阐述了可溶性微针对药物经皮渗透和吸收的影响。对国内外研究中可溶性微针递送疫苗、降糖药、基因、麻醉剂、抗肿瘤药物和其他应用进行了介绍。总结出可溶性微针经皮给药系统可显著提高药物的经皮渗透量，能够安全、稳定地输送药物并达到良好的治疗效果。最后，对可溶性微针现研究阶段存在的问题进行了分析，并展望了未来发展的方向。

  2023年03期 v.60;No.550 327-336页 [查看摘要][在线阅读][下载 1343K]
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• 金属纳米线透明导电电极应用于钙钛矿太阳能电池的研究进展

  吕潇航;钟伟;

  对金属纳米线作为透明导电电极材料的优势及该电极应用于钙钛矿太阳能电池领域所取得的成果进行了综述；重点介绍了银纳米线(AgNW)和铜纳米线(CuNW)的合成方法与透明导电电极的沉积方法，以及金属纳米线透明导电电极对于钙钛矿太阳能电池的光电转换效率等光电性能的影响，并综述了两种金属纳米线材料在导电性、稳定性、抗弯折性以及抗氧化性等方面所存在的局限与改进方法；总结了近年来金属纳米线透明导电电极的研究进展及其在钙钛矿太阳能电池透明导电电极领域的研究成果。最后，对于金属纳米线透明导电电极所具备的优势和所面临的挑战进行了总结，并对该领域的未来发展趋势进行了展望。

  2023年03期 v.60;No.550 337-346页 [查看摘要][在线阅读][下载 1065K]
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器件与技术

• 基于FA_0.85MA_0.1Cs_0.05PbI_2.55Br_0.45单晶的光电探测器

  高广娇;姚秀伟;

  近几年来，有机-无机杂化钙钛矿成为用于光电探测器的热点材料，因为这种材料成本低、制备方法简单、具有优异的光电特性等优点，其在光电探测方面有着很大的优势。因此，使用逆温结晶的方法生长了FA_(0.85)MA_(0.1)Cs_(0.05)PbI_(2.55)Br_(0.45)单晶。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征，结果表明成功合成了这种钙钛矿单晶；同时，光致发光(PL)测试显示这种单晶具有很强的PL强度，其发光峰值大约在772 nm波长处。之后，研究了这种钙钛矿单晶的性能。通过在FA_(0.85)MA_(0.1)Cs_(0.05)PbI_(2.55)Br_(0.45)单晶的表面沉积对称的金电极制备了光电探测器。该光电探测器的电流-电压(I-V)特性曲线显示这种单晶具有较高的光电流和较低的暗电流，其光暗电流比约为427;电流-时间(I-t)特性曲线表明这种单晶具有较好的稳定性和可重复性，同时具有较高的开关比(约2.3×10~2);响应度测试表明基于这种单晶的光电探测器在770 nm波长处具有1.99 A/W的高响应度，在近红外光的波长处也具有响应度，有望应用在近红外光领域。

  2023年03期 v.60;No.550 347-353页 [查看摘要][在线阅读][下载 1281K]
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材料与结构

• Au纳米颗粒修饰的ZnSnO₃纳米立方体结构的制备及其气体传感器性能

  曹建盟;李君;孙永娇;王文达;胡杰;

  采用沉淀法和化学还原法合成了金纳米颗粒(NP)修饰的ZnSnO_3纳米立方体结构(AuNP@ZnSnO_3),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等表征手段对所合成的复合纳米结构进行了分析，并研究了基于该复合纳米材料的气体传感器对一氧化碳(CO)和甲烷(CH_4)气体的气敏特性。同时，以树莓派Zero 2W为主控模块，设计了集成实时显示、网页显示和数据记录等功能的传感器测试系统，用于测试所制备的气体传感器性能。测试结果表明，相比于ZnSnO_3气体传感器，所制备的AuNP@ZnSnO_3气体传感器表现出更优异的气敏性能。在最佳工作温度(240℃)下，其对体积分数均为1×10~(-4)的CO和CH_4气体响应度分别可达4.08和2.57,分别约为ZnSnO_3气体传感器响应度的1.59倍和1.71倍，并且具有较低的工作温度、良好的重复性以及长期稳定性。

  2023年03期 v.60;No.550 354-360页 [查看摘要][在线阅读][下载 1307K]
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• Ti₃C₂/N-TiO₂复合材料的制备及吸附/光催化去除污染物性能

  程余磊;周沁锋;张子璇;张鹏飞;孙明轩;

  首先利用煅烧TiN制备了N-TiO_2,并采用HF溶液腐蚀Ti_3AlC_2合成了Ti_3C_2,然后将两者以不同质量比值进行混合，通过超声法构建了一系列Ti_3C_2/N-TiO_2复合材料。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计等多种表征手段对样品的物相、形貌和组成进行了分析。以罗丹明B水溶液为模拟污染物，研究了样品对污染物的吸附性能和光催化降解性能。结果表明，6%Ti_3C_2/N-TiO_2复合材料显示出最好的污染物吸附性能和可见光光催化降解性能，其光催化降解污染物效率分别是10%Ti_3C_2/N-TiO_2、2%Ti_3C_2/N-TiO_2和N-TiO_2的1.2、1.4和1.9倍。催化降解污染物过程中的主要活性物质是·OH和·O~-_2,且三次循环实验表明Ti_3C_2/N-TiO_2具有较好的光催化稳定性能。Ti_3C_2的引入拓展了复合材料的吸收带边，增强了可见光的吸收强度，促进了光生电子和空穴的分离，从而提高了Ti_3C_2/N-TiO_2复合体系的光催化性能。

  2023年03期 v.60;No.550 361-367页 [查看摘要][在线阅读][下载 1736K]
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• ZrX₃(X=Os, Ir, Pt, Hg)金属间化合物的力学性质与电子结构第一性原理研究

  熊明姚;杨淑敏;

  采用QUANTUM ESPRESSO和ElaStic软件包计算了ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的力学性质和电子结构，包括四种金属间化合物的弹性常数(C_(11)、C_(12)和C_(44))、体积模量(B)、剪切模量(G)、杨氏模量(E)、维氏硬度(H_V)、各向异性指数(A~U)、横向声速(v_t)、纵向声速(v_l)、平均声速(v_m)和德拜温度(Θ_D)。力学稳定性判据表明，ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的机械性能稳定。计算各向异性指数的结果表明，ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的各向异性指数分别为0.53,0.48,0.23和0.30。从Pugh标准来看，ZrX_3(X=Os, Pt, Hg)三种金属间化合物具有韧性，而ZrIr_3表现出脆性。ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的维氏硬度分别为8.69、18.60、9.88和4.47 GPa。ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的德拜温度分别为330.33、406.09、322.72和189.67 K。能带结构和态密度分析均表明ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物具有金属特性。通过电荷密度分布图分析了ZrX_3(X=Os, Ir, Pt, Hg)四种金属间化合物的电荷密度分布情况以及各个原子间的成键类型。

  2023年03期 v.60;No.550 368-377页 [查看摘要][在线阅读][下载 1956K]
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• 光刻胶材料的研究进展

  刘巧云;祁秀秀;杨怡;朱翔宇;周勇;

  简单介绍了光刻胶的组成部分，综述了近年来国内外光刻胶成膜树脂合成、开发的研究进展，并根据不同曝光波长所需的不同光刻胶(包括紫外(UV)光刻胶、深紫外光刻胶、极紫外光刻胶等)进行了介绍。重点介绍了各光源下分子量和分子量分散指数对光致抗蚀剂的影响，并对国内外研究中通过不同聚合工艺制备的不同分子量光致抗蚀剂性能进行了评述，总结了近年来含有特定化学结构的光致抗蚀剂以及其制备工艺的研究进展。最后对国内外光刻胶的发展和应用进行了展望，指出进一步提高光刻胶的分辨率、改善其综合性能是今后的研究重点。

  2023年03期 v.60;No.550 378-384页 [查看摘要][在线阅读][下载 1153K]
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MEMS与传感器

• 基于氯盐掺杂的单壁碳纳米管室温气体传感器

  朱明奎;田阗;张如轩;尹欢;苏言杰;

  对单壁碳纳米管进行掺杂可以促进特定气体分子与单壁碳纳米管之间的电荷转移，从而提高其响应与选择性。使用氯化铯、氯化金对单壁碳纳米管进行掺杂，并在室温下使用Raman光谱研究了单壁碳纳米管与氯盐之间的界面电荷转移，研制了基于氯盐掺杂的单壁碳纳米管的二氧化氮室温气体传感器。研究结果表明，氯盐掺杂的单壁碳纳米管的D峰和2D峰的位置发生了蓝移。氯化铯掺杂的单壁碳纳米管气体传感器对于体积分数为1×10~(-6)的二氧化氮表现出了高达230%的响应度，以及优异的选择性与可重复性。实验结果表明，氯盐掺杂可以改变单壁碳纳米管的费米能级，从而影响单壁碳纳米管对气体分子的传感性能。

  2023年03期 v.60;No.550 385-391页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
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• 鱼明胶/BTO柔性复合薄膜的压电纳米发电机

  李勇;李银辉;梁建国;张锦;李朋伟;

  基于压电陶瓷和压电聚合物组装的柔性压电纳米发电机(PNG),由于其较差的生物相容性和生物降解性，限制了其在可穿戴设备和植入设备等领域的应用。通过水基分散法制备了鱼明胶/钛酸钡(BTO)柔性复合薄膜PNG,其兼具良好的生物相容性和高压电输出特性。研究结果表明，当BTO掺杂质量分数为50%时，鱼明胶/BTO柔性复合薄膜PNG的输出性能最优，输出开路电压可达约7.2 V,短路电流约为275 nA,比纯鱼明胶柔性薄膜PNG分别约提高了3.8倍和3.4倍，输出功率可达2.2μW,并且鱼明胶/BTO柔性复合薄膜PNG经过2 000次循环敲击测试后，输出开路电压没有明显下降，柔性复合薄膜PNG的输出性能稳定。同时，将鱼明胶/BTO柔性复合薄膜PNG贴合到手指关节处，可以对不同手指弯曲进行实时监测，表明该鱼明胶/BTO柔性复合薄膜PNG具有良好的柔性和生物相容性，有望在可植入和可穿戴电子设备中得到广泛应用。

  2023年03期 v.60;No.550 392-398页 [查看摘要][在线阅读][下载 1590K]
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• 基于16×4阵元CMUT面阵的三维超声反射成像

  胡淑敏;杨玉华;裴毓;何常德;张国军;王任鑫;张文栋;

  为实现非接触式三维超声反射成像，搭建了基于16×4阵元电容式微机械超声换能器(CMUT)面阵的反射成像系统。利用面阵上单个阵元发射、所有阵元接收的方式对硅油中的铝块进行了三维成像测试。采用B模式及二次谐波两种成像算法分别对来自铝块的反射信号进行处理，获取被测物的三维图像及对应的二维切片。基于16×4阵元CMUT面阵的反射成像系统能够确定铝块的位置，实验B模式图像和二次谐波图像中铝块与换能器的距离重建偏差分别为3.63%及1.47%。该系统可实现对被测物的三维反射成像，且三维反射图像中被测铝块的表面清晰可见，重建偏差小，信噪比高。

  2023年03期 v.60;No.550 399-405页 [查看摘要][在线阅读][下载 1486K]
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• 基于电流体喷墨打印直写纳米银浆的柔性应变传感器及其应用

  刘志豪;潘艳桥;冯延冬;汪卓;彭磊;

  柔性传感器在皮肤信号监测方面应用广泛，但传统印刷工艺难以满足其高精度定位、高黏度墨液印刷的制备要求。利用电流体喷墨打印工艺在高黏度材料制备方面的优势，使用纳米银浆制作用于人体皮肤信息采集的电阻式柔性应变传感器。探索电喷印工艺参数对导电线宽的影响规律，使用内径0.16 mm的喷嘴以30 mm/s的打印速度移动制得宽度120μm的银线。通过实验得出打印速度和喷嘴内径对银线线条宽度和质量的影响规律，利用电流体喷墨打印工艺制备出基于聚二甲基硅氧烷柔性基底和纳米银浆敏感层的柔性应变传感器。利用自主研制的检测系统，测试并计算出传感器应变范围在3%内时灵敏度可达172.67。最后将传感器用于多个人体部位的姿态监测，证明其具有检测微小信号的能力。测试结果证明，电流体喷墨打印工艺可用于制备柔性应变传感器，制得的柔性应变传感器在智能穿戴设备上具有应用潜力。

  2023年03期 v.60;No.550 406-412页 [查看摘要][在线阅读][下载 1492K]
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• 三轴电磁式振动能量采集器设计与验证

  王康达;任慧敏;李振明;路永玲;何志祝;李臻;

  针对传统化学电池需定期更换并进行周期性充电、在户外环境无法长期稳定供电的问题，设计了一种悬浮式电磁振动能量采集器。基于电磁感应原理对能量采集器进行了理论分析，制作了三轴电磁式振动能量采集器，分别在X、Y、Z三个方向布置振动能量采集器单体，设计了能量转换电路，将收集到的电能转变为3.3 V直流电。开展了台架测试和应用场景测试，结果表明，振动能量采集器单体在振动幅度为10 mm、振动频率为9 Hz时输出性能最高，最大输出功率为43.11 mW。探究了振动能量采集器单体在不同振动幅度和振动频率下的直流输出性能，在振动幅度大于10 mm、振动频率为4～8 Hz时可为LIS3DH加速度传感器稳定供电。通过沿X、Y、Z轴布置的振动能量采集器单体阵列，使振动能量采集器具备全方向收集振动能量的能力，大大提高了收集振动能量的效率与适应性。该采集器可应用于诸如机器振动、波浪、人体运动等多种场景的振动能量收集，实现为无线传感网络节点等低功耗用电器供能，具有一定应用价值，可为研究低功耗电子元器件的自供电技术提供参考。

  2023年03期 v.60;No.550 413-421页 [查看摘要][在线阅读][下载 1660K]
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加工、测量与设备

• 基于金刚石NV色心的微角度测量方法

  伍大锦;石振荣;李中豪;唐军;刘俊;

  微角度检测在超高精密测量技术中有着重要的作用。研发了一种基于金刚石氮空位(NV)色心的微角度测量方法，其中NV色心作为微角度检测敏感单元，共轴磁铁作为传感单元，由于共轴磁铁和金刚石NV轴之间不同夹角下的磁场强度变化引起金刚石NV色心自旋能级波动，从而使得光学探测磁共振(ODMR)信号漂移，通过闭环频率锁定技术的实时追踪实现微角度的检测。并对微角度测量进行了理论分析和实验测试，理论和实验结果基本一致。同时，通过该方法获得了微角度传感检测的灵敏度为200 mV/deg,分辨率为10 mdeg,系统的等效角度均方根噪声为0.69 mdeg/Hz~(1/2)。该方法为高灵敏度、高分辨率的微角度检测提供了新的手段，同时实时追踪金刚石多个NV轴，可实现姿态矢量微角度检测。

  2023年03期 v.60;No.550 422-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 1164K]
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• AT切型石英晶圆抛光工艺对材料去除速率及厚度非均匀性的影响

  万杨;陈庚豪;栾兴贺;周龙早;吴丰顺;

  通过双面抛光工艺研究了抛光盘转速、抛光盘压力及抛光垫材质与厚度等对AT切型石英晶圆材料去除速率(MRR)与厚度非均匀性(TNU)的影响。实验结果表明，抛光盘压力越大、转速越高，材料去除速率越高；晶圆厚度非均匀性随抛光盘压力增加先减小后增加，随抛光盘转速增加而增加；杨氏模量越大、厚度越薄的抛光垫在晶圆表面产生的压力分布越均匀，有助于提高抛光均匀性。最后基于上述实验结果对抛光工艺参数进行了优化，优化后晶圆的材料去除速率为0.9μm/h、单片晶圆厚度非均匀性小于1.5‰、表面粗糙度为0.6 nm。该研究结果适用于石英晶圆的批量抛光工艺，对石英晶圆加工企业的抛光工艺优化有较高的参考价值。

  2023年03期 v.60;No.550 427-434页 [查看摘要][在线阅读][下载 1665K]
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• 面向绝缘基底的正负极一体化电流体喷墨打印头射流沉积行为

  冯延冬;潘艳桥;刘志豪;彭磊;汪卓;

  针对常规电流体喷墨打印在绝缘基底上打印时易产生射流偏斜和卫星液滴等现象，研制了一种正负极一体化电流体喷墨打印头。先对正负极一体化电流体喷墨打印头进行数值模拟，再通过按需喷印的方式对影响射流形态和沉积行为的相关参数进行实验研究。结果发现，相比常规电流体喷墨打印结构，正负极一体化电流体喷墨打印头可减小空间电场对绝缘基底的影响。圆孔电极直径大于1 mm的正负极一体化电流体喷墨打印头结构具有聚焦射流和抑制卫星液滴的效果，该效果与圆孔电极直径呈负相关。此外，随着喷嘴与圆孔电极之间的距离增大，射流区域电场方向趋于更竖直。当间距大于0.6 mm时，正负极一体化电流体喷墨打印头能够有效抑制卫星液滴。工作电压幅值过小易导致液滴丢失，过大易使液滴变形。电压幅值在1.8 kV左右时，液滴平均直径约为210μm。

  2023年03期 v.60;No.550 435-442页 [查看摘要][在线阅读][下载 2192K]
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• 氢气体积流量对n型4H-SiC同质外延生长的影响

  袁肇耿;张国良;吴会旺;杨龙;

  在商业化偏4°导电型4H碳化硅(SiC)衬底上采用化学气相沉积(CVD)的方法进行n型4H-SiC同质外延层生长，研究反应过程中氢气(H_2)对外延生长的影响，并使用表面缺陷测试仪、汞探针和红外膜厚仪等设备对外延层进行分析和表征。结果表明，氢气体积流量由基础值80增加到120 L/min,生长速率呈先增加后降低的趋势，生长速率的增加值最大为2μm/h,但缺陷呈先减少后增加的趋势。在高温CVD外延过程中，生长速率阶段性变化的原因：一是生长速率由气相质量转移系数和表面化学反应速率共同决定；二是氢气体积流量过大时，大量的析出氢难以及时离开生长表面，不利于反应物的有效分解和再沉积过程。综上所述，采用100 L/min氢气体积流量的生长工艺可在较高生长速率下制备高质量、厚度均匀性0.91%和载流子浓度均匀性1.81%的SiC外延片。

  2023年03期 v.60;No.550 443-447页 [查看摘要][在线阅读][下载 1379K]
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• 磁控溅射氧氩体积流量比对β-Ga₂O₃薄膜的影响

  杨赉;杨发顺;熊倩;马奎;

  利用射频磁控溅射在c面单晶蓝宝石(Al_2O_3)衬底上制备Ga_2O_3薄膜，研究了溅射过程中通入氧气与氩气的体积流量比对经过异位高温后退火处理得到的β-Ga_2O_3薄膜特性的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行表征，结果表明β-Ga_2O_3薄膜沿着■晶面择优生长，具备较好的单一取向性。在氧氩体积流量比约为1∶20时，薄膜的结晶性能相对较好、表面晶粒分布较均匀、均方根粗糙度较小、晶粒尺寸较大。此外，吸收光谱表征结果表明，不同氧氩体积流量比下制备得到的β-Ga_2O_3薄膜的带隙变化范围为4.53～4.64 eV,在较低氧氩体积流量比下制备的β-Ga_2O_3薄膜表现出较优的光学性质，在波长200～300 nm内具有较好的吸收特性，表现出良好的深紫外光学特性。

  2023年03期 v.60;No.550 448-453页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K]
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• 高深宽比倾斜沟槽的深硅刻蚀技术

  刘庆;刘雯;司朝伟;黄亚军;杨富华;王晓东;

  针对微电子机械系统(MEMS)行业对3D加工日益增长的需求，提出了一种结合法拉第笼和倾斜衬底支架，利用改进的BOSCH工艺进行任意角度深硅刻蚀的创新工艺方案。首先通过仿真计算对法拉第笼的特征尺寸进行了优化，进一步采用法拉第笼和用于制备倾角的衬底支架，对BOSCH工艺参数进行了调整，最终获得了倾角为30°、深度超过25μm、深宽比高达7.9∶1的倾斜沟槽。结果表明利用法拉第笼和倾斜衬底支架，采用深硅刻蚀工艺可以制备高深宽比的倾斜沟槽，而且沟槽角度可以通过加工不同倾角的支架实现。结合法拉第笼和倾斜衬底支架进行等离子体刻蚀可为其他倾斜结构的制备工艺提供参考。

  2023年03期 v.60;No.550 454-460页 [查看摘要][在线阅读][下载 1794K]
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• 石英基底上亚微米级二元光学元件的电子束直写加工工艺

  黄胜利;凌天宇;徐剑;胡敬佩;付学成;刘民;权雪玲;

  使用电子束直写加工工艺，在石英基底上完成了亚微米级8台阶二元光学元件的光刻加工。由于石英基底为绝缘体，导电性差，不利于电子束直写时电荷的传导。为了抑制石英基底上电荷的积累，探讨了不同的增强导电技术对电子束直写效果的影响，最终选择了光刻胶表面沉积金属的方式，同时配合优化的特定对准标记设计，不仅提高了电子束直写在石英基底上加工二元光学元件的对准精度，套刻误差小于400 nm,而且拼接缺陷大幅度减少，显著提升了元件的加工质量。

  2023年03期 v.60;No.550 461-467页 [查看摘要][在线阅读][下载 2607K]
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• 表面氧修饰纳米金刚石制备及抗菌性能

  苗泽萌;杨勇;黄小露;张耀中;张亚非;

  表面修饰可有效提升纳米金刚石的抗菌性能。通过在空气中高温退火的方式实现了纳米金刚石的表面氧修饰，并对其进行了一系列表征以及抗菌测试。表征结果与采用光密度(OD)法进行抗菌测试结果表明，空气中400℃下退火进行的氧修饰可在纳米金刚石表面引入C=O官能团，并显著提高纳米金刚石的抗菌能力，对于金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抗菌率分别可达64.8%与83.4%。C=O官能团的形成将大量电子引入体系，并在氧原子作用下在表面富集，从而形成强负电性表面，该结论与Zeta电位结果一致。强负电性表面可抑制细菌的生长和繁殖，这使氧修饰纳米金刚石具有良好的抗菌性能。

  2023年03期 v.60;No.550 468-475页 [查看摘要][在线阅读][下载 1377K]
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• 第十六届中国微纳电子技术交流与学术研讨会暨2023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，“第十六届中国微纳电子技术交流与学术研讨会暨2023年微纳电子产业融合创新发展论坛”定于2023年5月12～14日在青岛花园大酒店举行。

  2023年03期 v.60;No.550 476页 [查看摘要][在线阅读][下载 531K]
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