技术论坛

  • 基于氨纶纤维的电阻传感材料的制备及其传感稳定性的研究进展

    周帅;刘茜;王莹雪;

    阐述了运动监测领域对柔性传感材料的需求及氨纶(PU)纤维传感材料的优势,简单介绍了其传感稳定性的重要性及定义方法,重点介绍了不同制备和性能优化方法对传感材料传感稳定性的影响。并对国内外研究中的纺丝法、涂层法及包缠法等制备方法和提高导电材料的分散能力、增强导电材料与氨纶纤维的结合能力、改变纤维结构等性能优化方法进行了评述。总结了近年来氨纶纤维传感材料的制备及其传感稳定性的研究进展。最后,对氨纶纤维传感材料不同的制备工艺及传感性能的优化方法进行了对比,并对该领域未来的发展方向进行了展望。

    2022年09期 v.59;No.544 831-837页 [查看摘要][在线阅读][下载 1363K]
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器件与技术

  • 低温制备高效全无机CsPbI3钙钛矿太阳电池

    王涛;邵宇;刘晓霖;

    全无机CsPbI_3钙钛矿太阳电池(PSC)作为吸光层在叠层太阳电池中表现出了优异的热力学稳定性以及合适的光学带隙,但是制备过程中较高的退火温度(>300℃)以及常温下的相稳定性限制了其进一步发展。通过引入4,4-二氨基二苯砜(DDS)有机分子与CsPbI_3前驱体溶液混合得到CsPbI_3·xDDS混合钙钛矿结构,解决了CsPbI_3钙钛矿材料需高温退火的问题,在80℃的退火温度下形成黑色相的CsPbI_3钙钛矿。并且对DDS分子与CsPbI_3钙钛矿的内部作用机理进行了研究,发现不仅薄膜的结晶质量得到了明显提高,而且低温退火合成的全无机CsPbI_3钙钛矿电池的光电转换效率可达7.70%,所制备器件的稳定性得到了显著提高。

    2022年09期 v.59;No.544 838-845+852页 [查看摘要][在线阅读][下载 1567K]
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  • 基于AlGaN/GaN HEMT的340GHz太赫兹外差探测器和中频放大器集成

    范飞;丁青峰;张金峰;程凯;孙建东;秦华;

    针对具有高输出阻抗的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹探测器与商用低噪声放大器阻抗失配、带宽小的问题,采用AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器与AlGaN/GaN HEMT中频放大器的集成方式,搭建了340 GHz太赫兹外差系统,测试集成芯片的带宽、噪声等效功率(NEP)和噪声系数(NF)。结果表明,集成芯片的-3 dB带宽达到15 MHz, 5 MHz以上外差系统的NEP为-131.8 dBm/Hz,且放大链路的NF为0.48 dB。未来可通过AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器和AlGaN/GaN HEMT中频(IF)放大器的单片集成来减小寄生电容,同时优化太赫兹探测器结构,提升AlGaN/GaN HEMT太赫兹单片集成芯片带宽至GHz,推动AlGaN/GaN HEMT太赫兹单片阵列集成探测器发展。

    2022年09期 v.59;No.544 846-852页 [查看摘要][在线阅读][下载 1413K]
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  • 基于P3HT∶PC61BM活性层形貌调控的倒置有机太阳电池

    陈达华;张奥;张坤;侯晓雅;张婕;

    为了提高聚3-己基噻吩(P3HT)∶富勒烯衍生物6,6-6苯基-C61-丁酸甲酯(PC_(61)BM)体系的倒置有机太阳电池的性能,探究了活性层的旋涂速度(厚度)、热退火时间和热退火前处理对其形貌、结晶度以及对器件性能的影响。结果表明,当活性层旋涂速度为900 r/min时,其厚度约为220 nm,对活性层进行10 min的热退火处理后,该器件的能量转换效率(PCE)最高,为2.71%。适当延长活性层的退火时间能提高其结晶度,使活性层形成更好的互穿网络结构,退火时间延长至20 min时,器件的PCE提升到3.13%。在活性层热退火处理前进行适当时间的静置或溶剂退火,能使P3HT分子排列更为有序,可以进一步提高器件的性能。当活性层静置24 min或溶剂退火30 min后,再热退火处理20 min,器件的PCE分别提升到3.42%和3.59%。

    2022年09期 v.59;No.544 853-861+890页 [查看摘要][在线阅读][下载 1564K]
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材料与结构

  • AuNP负载Fe2O3/SnO2纳米材料的制备及其对对二甲苯的气敏特性

    周蕊;张向阳;张文磊;胡杰;

    采用溶剂热法和化学还原法制备了纯Fe_2O_3/SnO_2与Au纳米颗粒(AuNP)负载Fe_2O_3/SnO_2纳米材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对其形貌结构进行了表征,结果表明AuNP成功负载到Fe_2O_3/SnO_2纳米立方体结构表面。同时,制备出纯Fe_2O_3/SnO_2和AuNP负载Fe_2O_3/SnO_2的气体传感器,并对对二甲苯进行了气敏性能研究。实验结果表明:在最佳工作温度(200℃)条件下,Au_(0.01)NP@Fe/Sn传感器的气敏性能最优,对体积分数1×10~(-4)的对二甲苯的响应值达到73.91,约是Fe_2O_3/SnO_2传感器的3.75倍。同时,该传感器还具有快速的响应/恢复时间(5 s/9 s,对二甲苯的体积分数为2×10~(-5))。最后,分析了传感器AuNP负载Fe_2O_3/SnO_2的气敏机理。

    2022年09期 v.59;No.544 862-868页 [查看摘要][在线阅读][下载 1455K]
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  • 聚吡咯包覆的普鲁士蓝电极材料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;方泽波;刘士彦;朱燕艳;

    超级电容器作为一种新型的储能器件,其性能一直由电极材料所决定。采用简单的水热法制备了普鲁士蓝(PB)方块纳米材料,并通过原位氧化聚合法成功包覆聚吡咯(PPy),得到PB@PPy纳米复合材料。在1 mol/L的KOH电解液中对其进行电化学测试,表现出优秀的电化学性能:当电流密度为0.5 A·g~(-1)时,PB@PPy纳米复合材料的比电容为706 F·g~(-1),在5 A·g~(-1)的电流密度下经过3 000次的充放电循环测试后,比电容保持率为70.48%。所合成的PB@PPy纳米复合材料在超级电容器中有较大的应用潜力。

    2022年09期 v.59;No.544 869-874+890页 [查看摘要][在线阅读][下载 1474K]
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  • 四硫化钒中间层的制备及其锂硫电池性能

    邵圣启;张劢颉;许俊;

    为提高锂硫电池的电化学性能,采用乙二醇辅助溶剂热法生成了具有硫(S)空位的四硫化钒(VS_4)纳米球,将其修饰碳纤维纸(CFP)并作为锂硫电池中间层,可有效抑制多硫化物的穿梭效应。高极性的VS_4对多硫化物的吸附能力及催化活性较强,高导电的CFP为VS_4提供载体的同时,还解决了沉积在中间层的硫/硫化锂导电性差的问题。使用VS_4/CFP中间层的电池具有出色的电化学性能。测试结果表明,在0.5和6 C(1 C=1 672 mA/g)电流密度下,其比容量分别为1 123和558 mA·h/g,当电流密度回到0.5 C时,比容量恢复到1 037 mA·h/g。此外,装有VS_4/CFP中间层的电池有出色的循环性能,在4 C的电流密度下循环1 030次后,比容量保持率为初始的72.46%,比容量衰减率为0.018 9%。

    2022年09期 v.59;No.544 875-881页 [查看摘要][在线阅读][下载 1365K]
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  • 一步光化学法制备的低毒性量子点及其在细胞成像中的应用

    高小童;秦志龙;蒲巧生;

    通过一步光化学法制备了荧光颜色可调的聚丙烯酸(PAA)包覆CdS(Te)量子点(QD)。在紫外光作用下,丙烯酸(AA)接枝聚合到量子点表面配体上,形成致密的聚合物包覆层,有效防止量子点中Cd~(2+)的释放,降低毒性,同时钝化量子点的表面缺陷,减小非辐射跃迁的概率,提高量子产率至74%。大肠杆菌1136实验和四甲基偶氮唑蓝(MTT)比色分析结果表明,PAA的包覆可以明显降低量子点的细胞毒性。采用自制的共聚焦激光诱导荧光检测器和负压进样系统将PAA包覆的QD和未经包覆的QD进行微流控芯片电泳分离。将PAA包覆的QD应用于膀胱癌细胞HTB-95637的成像实验,结果表明,PAA包覆的QD可以选择性标记HTB-95637细胞的细胞膜。

    2022年09期 v.59;No.544 882-890页 [查看摘要][在线阅读][下载 1761K]
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MEMS与传感器

  • 碳纳米管负载的金纳米颗粒修饰有机电化学晶体管传感器及其对多巴胺的检测

    刘瑞清;邵小东;王金芝;赵苏旭;高可炎;臧予安琪;余善成;胡本慧;

    多巴胺(DA)是中枢神经系统中一种重要的神经递质,通过柔性可穿戴传感器对其进行实时检测具有潜在临床应用价值。为了实现对多巴胺高灵敏的检测,以聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)为沟道材料制备了有机电化学晶体管(OECT)传感器。并通过利用多壁碳纳米管(MWCNT)负载的金纳米颗粒(AuNP-PDA@MWCNT)修饰OECT的栅极,有效提升了传感器对多巴胺的检测能力,检测范围宽(100 pmol/L~1 mmol/L),检测灵敏度高(在1μmol/L~1 mmol/L浓度范围内为247.9 mV/decade,是未修饰传感器的2.65倍),检测限低(100 pmol/L),而且对潜在的干扰物(如抗坏血酸、尿酸和葡萄糖等)展现出较好的抗干扰性能,在可穿戴设备方面具有很好的应用前景。

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  • AuNP@Co3O4/CoNW电化学免疫传感器的制备及检测PSA性能

    陈延静;雷倩;王文达;徐宏妍;胡杰;

    采用水热法和电化学沉积法制备了金纳米颗粒负载钴金属有机框架(MOF)核壳结构(AuNP@Co_3O_4/CoNW)。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其微观结构和化学组分进行了表征。构建了基于AuNP@Co_3O_4/CoNW纳米结构检测前列腺特异性抗原(PSA)的无标记型电化学免疫传感器。利用循环伏安(CV)、电化学阻抗(EIS)和差分脉冲伏安(DPV)方法对其电化学性能进行了检测。实验结果表明,基于AuNP@Co_3O_4/CoNW纳米结构检测PSA的无标记型免疫传感器的线性检测范围为10~(-4)~100 ng/mL,最低检测限为0.06 pg/mL,且传感器具有良好的重现性和抗干扰性。

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  • 谐振式无线无源温度传感器的高温性能优化与设计

    许福佳;苏淑靖;张丽丽;任婷;

    基于谐振腔理论设计了一款适合在超高温下工作的无线无源温度传感器。通过对传感器进行建模分析,研究了传感器的各项参数对谐振频率的影响,确定了传感器的最佳结构尺寸。并且根据优化结果进行传感器的制作。该传感器以氧化铝陶瓷作为基底,采用丝网印刷技术将缝隙天线集成到基底上。最后,搭建测试平台对传感器的性能进行测试。结果表明,25~400℃时传感器的灵敏度为66.667 kHz/℃,400~1 000℃时传感器的灵敏度为216.667 kHz/℃。经过实验测试证明该传感器可应用于航空航天等领域的高温测量。

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  • 用于倾角监测中的MEMS加速度计补偿方法

    杨小平;谭凯;蒋力;刘光辉;李哲宏;

    针对在山体滑坡倾角监测中微电子机械系统(MEMS)加速度计存在误差的问题,传统方法的补偿效果欠佳,且无法很好地对时间序列数据进行分析。为了提高山体姿态监测的精度,采用了一种基于一维卷积神经网络(1D-CNN)与长短期记忆(LSTM)网络相结合的MEMS加速度计误差补偿方法。将采集到的加速度数据转换成角度数据,然后通过1D-CNN与LSTM网络模型进行训练,设计了误差补偿的硬件系统,从而实现实时误差补偿。实验结果表明,与卡尔曼滤波和反向传播(BP)神经网络相比,X轴的均值和标准差分别为0.000 057°和0.000 033°,误差下降了一个数量级,说明1D-CNN与LSTM相结合的网络对MEMS加速度计具有更好的补偿效果,为将来应用在山体滑坡倾角监测中奠定了基础。

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  • 基于Au NP@CuS HNP复合材料的夹心型电化学免疫传感器及其在CEA检测中的应用

    任杰;王平;唐峰;董云会;

    基于负载金纳米粒子(Au NP)的CuS中空纳米多面体(CuS HNP)复合材料(Au NP@CuS HNP)构建了一种夹心型电化学免疫传感器,用于癌胚抗原(CEA)的灵敏检测。CuS HNP外层和壳内空腔存在丰富的反应位点,具有高的催化活性;Au NP的负载提高了Au NP@CuS HNP整体的导电性和生物相容性。Au NP@CuS HNP用作信号标签,连接标记抗体(Ab_2)的同时能够高效催化H_2O_2还原产生电流信号。以金三角纳米板(Au TNP)作为基底材料,保证了电极界面的稳定性并且促进界面电子的转移。构建的电化学免疫传感器在1 pg/mL~50 ng/mL的CEA质量浓度范围内具有良好的检测能力,检出限(LOD)为0.37 pg/mL,为临床实现CEA的快速检测提供了一种新的方法。

    2022年09期 v.59;No.544 920-928页 [查看摘要][在线阅读][下载 1911K]
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  • 推挽式MEMS谐振加速度计的实现与测试

    都捷豪;石云波;李飞;石亦琨;曹慧亮;赵锐;

    针对推挽式微电子机械系统(MEMS)谐振加速度计的结构分析了其工作原理,进行了工艺上的加工,并对加工中可能出现的问题进行了优化。依据推挽式MEMS谐振加速度计的结构尺寸以及测量精度需求,设计了符合要求的测控电路系统,包括了基于自激振荡的闭环驱动电路和等精度测频的频率检测电路。最后完成样机整表测试,结果表明:推挽式MEMS谐振加速度计的两个谐振器谐振频率分别为21.443和21.455 kHz,品质因数分别为3 063和3 065。在±1g的范围内,标度因数和标度因数重复性分别为204.42 Hz/g和3.11×10~(-5),零加速度样机频差为-12.91 Hz/g,零偏和零偏稳定性为0.06g和0.008 01g。

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加工、测量与设备

  • 基于三维微流控芯片的图案化ZnO纳米棒阵列的生长

    李亚冰;付蕾浩;王振龙;赵振杰;李欣;

    设计并制备了一种低成本的三维微流控芯片,通过芯片中的微腔室进行ZnO纳米棒的合成,探究微腔室中不同位置、腔室高度和体积流量下合成的ZnO纳米棒形貌和尺寸的变化规律。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对ZnO纳米棒的形貌和晶体结构进行表征。结果表明,利用该微流控芯片可实现图案化ZnO纳米棒阵列的生长;在流场的影响下,50μm高的微腔室内生长的ZnO纳米棒更为均匀。此外,在20μL/min体积流量下合成的ZnO纳米棒具有最大长径比,对异硫氰酸荧光素(FITC)标记的羊抗牛免疫球蛋白实现了最强的荧光增强效果。结果表明,基于三维微流控芯片的合成方法实现了图案化ZnO纳米棒阵列的生长,并以微腔室为单位为荧光检测提供了一种经济高效、高通量的方法。

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  • 具有莫尔纹结构的PDMS微纳褶皱模板的制备

    杨典哲;岳鹏;廉岚淇;赵文娟;刘绍鼎;

    具有莫尔纹结构的微纳模板对手性结构的自组装制备具有重要的意义。提出了一种制备大面积具有手性莫尔纹结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳褶皱模板的方法,该方法操作简单且易于重复。实验中以商用数字化视频光盘(DVD)作为基础模板,在PDMS基片上预先复制DVD光栅结构,然后通过氧等离子体的处理,使受到氧化作用的PDMS表面杨氏模量增加,利用软硬膜层间的机械不稳定性诱导新的类光栅褶皱出现,通过调整两种光栅之间的夹角即可形成莫尔纹结构。实验表明在PDMS拉伸比为15%、等离子体功率13 W、气压0.2 mbar(1 bar=10~5 Pa)、处理时间60 s时,可有效制备莫尔角度覆盖±15°~±90°的莫尔纹模板。该方法可以实现厘米级具有莫尔纹结构微纳模板的制作,并且不需要采用刻蚀等微纳加工手段,有望对人工微纳手性结构的低成本制备提供新的思路。

    2022年09期 v.59;No.544 945-951页 [查看摘要][在线阅读][下载 1535K]
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  • 碳纤维布/二硒化钴的合成及其在锂硫电池中的应用

    朱志乾;李苏皖;许俊;

    通过在自支撑碳纤维布(CFC)上生长CoSe_2催化剂,促进对可溶性多硫离子的吸附与催化转化,达到抑制其在锂硫电池中穿梭效应的目的。采用常温电沉积法在CFC上生长Co(OH)_2纳米片,得到CFC/Co(OH)_2前驱体,然后通过气相硒化技术将该前驱体转变为CFC/CoSe_2纳米片复合材料。将CFC/CoSe_2用作锂硫电池中间层,并研究其催化性能对锂硫电池电化学性能的影响。研究结果表明,极性CoSe_2纳米片对多硫化物具有强化学吸附和高催化活性,有利于促进多硫化锂的转化,抑制穿梭效应。此外,导电CFC能够改善电子传输,减小电池的极化。相比于CFC中间层电池,CFC/CoSe_2中间层电池具有更高的倍率性能和良好的循环性能,在0.2 C(1 C=1672 mA/g)电流密度下电池的初始放电比容量为1 408 mA·h/g,在1 C的电流密度下循环500次后的放电比容量仍有755 mA·h/g,容量衰减率仅为0.060 4%。

    2022年09期 v.59;No.544 952-957+974页 [查看摘要][在线阅读][下载 1491K]
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  • NiCoS基柔性透明储能电极的制备及其电化学性能

    钟毓;陈章飞;梁炯洪;何鑫;

    过渡金属硫化物由于出色的电导率、丰富的活性位点以及多组分的协同效应,是一种理想的电化学储能电极材料。采用简单的电沉积法在氧化铟锡(ITO)衬底表面制备了NiCoS基柔性透明储能电极,研究了NiCo组分对电极的表面形貌、元素组成、电化学性能和透过率等性能参数的影响规律。结果表明,优化的NiCoS基电极在0.05 mA/cm~2的电流密度下具有50.2 mF/cm~2的面积比电容,1 000次循环后具有良好的循环稳定性和117.71%的比电容保持率。NiCoS基电极作为一种柔性透明的电极,其在波长为550 nm处的透过率为69.70%,表明NiCoS基电极在柔性透明储能器件中具有较大的应用潜力。

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  • 基于别构因子效应的固态纳米孔尿酸分子检测

    马倩云;曾小清;冷仕年;翁婷;田荣;梁丽媛;尹雅洁;王德强;

    纳米孔检测技术是通过电泳驱动电导液中待测物穿过纳米孔产生阻塞电流实现单分子检测的。目前受限于纳米孔的空间分辨率,对于分子量小于200 Da的尿酸(UA)等小分子化合物的直接识别和区分仍较为困难。为了构建小分子纳米孔检测生物传感器,目前的挑战是如何高效、可靠地将小分子信号转化为纳米孔容易检测到的信号。提出了一种基于别构因子效应的信号转导系统,用于开发UA纳米孔生物传感器。利用别构转录因子HucR结合特异性dsDNA片段作为生物识别元件,实现HucR识别UA的信号转导。UA可诱导HucR构象改变,使特异性的dsDNA片段从HucR蛋白中分离出来。在15 nm厚的SiN_x膜上,用介电击穿法制备直径约为4 nm的纳米孔,可以很容易地检测到释放的dsDNA片段,基于纳米孔的尿酸生物传感器实现了浓度超过50 nmol/L UA的响应。基于别构因子效应的信号转导系统与固态纳米孔相结合,可以检测到分子量小于200 Da的小分子。这种基于别构因子效应的信号转换策略为纳米孔小分子的检测提供了新的思路和方法。

    2022年09期 v.59;No.544 966-974页 [查看摘要][在线阅读][下载 1303K]
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