- 王亚清;苏芸;李娜;都玲玲;王斌;
为了制备出高性能的锂离子电池负极材料，以1,4-二氰基苯、碳纳米管(CNT)和氯化锰为原料，通过溶剂热法成功合成了一种新型锰基金属有机框架复合碳纳米管(Mn-MOF/CNT)材料。通过扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积分析仪研究了Mn-MOF/CNT的结构和形貌。将Mn-MOF/CNT用作锂离子电池负极材料，表现出较好的储锂性能。Mn-MOF/CNT负极材料在0.1 A·g~(-1)的电流密度下，首圈循环的充电比容量达到1 143 mA·h·g~(-1),经过100圈循环后，充电比容量还能保持787 mA·h·g~(-1)。同时，Mn-MOF/CNT负极材料展现出了优异的倍率性能，经过10 A·g~(-1)的大电流密度循环后，电流密度再恢复到0.1 A·g~(-1)时，其充电比容量仍然可以恢复到729 mA·h·g~(-1)。因此该新型Mn-MOF/CNT负极材料具有潜在的商业化前景。
2024年09期 v.61;No.568 17-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1277K] [下载次数：215 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] - 张友圆;徐少辉;熊大元;王连卫;
研发高效稳定的双功能电催化剂以增强锌-空气电池中析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)的性能，是实现可持续能源转换与存储系统的关键。采用一步电沉积法和碱刻蚀工艺制备了一种表面富含缺陷和介孔的NiFe层状双氢氧化物纳米片包裹Pd纳米颗粒的核壳结构(Pd/D-NiFe-LDH)。由于具有核壳结构、丰富的缺陷和增多的活性位点，Pd/D-NiFe-LDH表现出优异的催化活性，在10 mA·cm~(-2)电流密度下，其OER的电位与ORR半波电位之差仅为0.69 V。基于Pd/D-NiFe-LDH的液态锌-空气电池和准固态柔性锌-空气电池的最大功率密度分别达到114.7和89.4 mW·cm~(-2),长期循环测试结果分别超过了400和150 h。
2024年09期 v.61;No.568 24-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 2735K] [下载次数：248 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 赵文森;顼建乐;王亮;张瑞;李朋伟;
采用一步水热法在Ti_3C_2层间插入磁性镍颗粒制备Ni@Ti_3C_2复合材料，通过改变镍颗粒与Ti_3C_2的质量比，制备了3种具有多重损耗机制的电磁波吸收材料，研究了2～18 GHz频率范围内材料的电磁参数和吸波性能。实验结果证明，镍颗粒的引入可改善Ti_3C_2的阻抗匹配并提升其吸波性能。20%质量分数Ni@Ti_3C_2/石蜡复合吸波材料在厚度为4.5 mm时有效吸收带宽达到5.2 GHz(对应频率范围为12.2～17.4 GHz),在14.4 GHz频率下最小反射损耗为-40.16 dB。研究表明，Ni@Ti_3C_2复合材料有望成为一种轻薄、高性能的吸波材料。
2024年09期 v.61;No.568 37-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 2124K] [下载次数：291 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 季思航;赵丽佳;刘梓璇;赵柯;冯晟铭;王鹤燃;曹希悦;袁曦;
铅卤钙钛矿(APbX_3,A=Cs、MA、FA,X=Cl、Br、I)纳米晶(NC)因其卓越的光电性质受到广泛关注，但Mn的~4T_1-~6A_1能级与带边能级不易匹配，制备高质量Mn掺杂钙钛矿晶体仍然存在困难。通过CdBr_2后处理技术，在室温下获得了光学带隙可调的Mn∶CsPbX_3(X=Cl、Br)纳米晶。通过B位金属和阴离子共掺杂法，实现稳定高效的Mn红光发射。将痕量CdBr_2后处理液逐滴加入Mn∶CsPbCl_3纳米晶原液中，可以将带边激子发光波长从405 nm调控到475 nm, Mn发光寿命呈单指数衰减，获得的纳米晶量子产率最高达97%。卤素离子交换影响了Mn周围晶体场环境，导致Mn发光寿命变短。通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)进行形貌结构分析，发现CdBr_2处理前后钙钛矿纳米晶立方形状没有明显变化，XRD衍射峰位保持不变，表明成功实现了金属离子和卤素离子的共交换。此外，通过变温动力学研究发现，这种发光增强源于Cd离子掺杂减少了纳米晶的非辐射缺陷态，增强了激子到Mn的能量传递。这种后处理的B位阳离子掺杂技术可能成为提高钙钛矿晶体量子产率的普适方法。
2024年09期 v.61;No.568 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1473K] [下载次数：143 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：13 ] - 何华玲;夏滔;熊长军;赵俊秀;胡珂祺;孙永娇;王文达;胡杰;
采用水热法和化学还原法制备了Au纳米颗粒(NP)负载Co_3(HITP)_2@ZIF-67复合材料，利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对所合成材料的微观形貌和晶相进行表征分析。同时，制备了基于Au NP负载Co_3(HITP)_2@ZIF-67复合材料的气体传感器件，研究了其在室温下对H_2S的气敏特性。测试结果表明，相比纯的ZIF-67气体传感器无法在室温下对H_2S进行气敏检测，负载Au纳米颗粒的Co_3(HITP)_2@ZIF-67复合材料的气体传感器在室温下对体积分数为20 ppm(1 ppm=1×10~(-6))的H_2S气体响应可达到2.7,响应/恢复时间分别为64 s/99 s,且具有较好的选择性、重复性和长期稳定性。
2024年09期 v.61;No.568 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1531K] [下载次数：283 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ]
- 周冰;范精国;周严;王志华;
柔性和可拉伸性是电子皮肤的重要特征，不但能够保证穿戴的舒适性，而且可以有效防止人体运动过程中的意外滑脱。采用冻融循环和盐水浸泡两步法制备了离子导电的明胶/聚乙烯醇(PVA)双网络水凝胶，其电导率可达2.50 S/m,同时最大应力和最大应变分别达到了745.72 kPa和282.73%,然后将其作为电极材料，与ZnO/硅橡胶压电薄膜一同制备了可任意变形的电子皮肤。测试结果表明，使用离子导电水凝胶电极的电子皮肤不会受到电极材料的限制，具有良好的柔韧性和延展性，在300次和500次的拉伸、弯曲和扭转后输出电压始终稳定在394.50～421.41 mV范围内。同时，讨论了电子皮肤的非线性输出特性，推导适用于柔性材料的非线性二次压电方程，在1～18 N的受力范围内进行了输出性能测试，结果表明电子皮肤的输出性能符合理论分析。此外，制备的电子皮肤的响应时间仅为80 ms,小于人类生理反应时间，而且在经过5 000次循环按压测试过程中输出电压信号始终稳定，表现出良好的耐久性。该电子皮肤可应用于触觉传感领域，滑动性能测试结果表明，其具有轨迹识别能力和个性化检测潜力。
2024年09期 v.61;No.568 60-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 1859K] [下载次数：616 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：10 ] - 刘鑫;刘士兴;邵佳豪;胡海兵;
采用Fe_3O_4-MoS_2-全氟磺酸复合材料修饰玻碳电极(GCE),基于电化学传感原理，使用阳极方波伏安法检测水中微量的铅离子。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)、Raman光谱分析仪和X射线光电子能谱仪(XPS)进行物理表征。结果表明Fe_3O_4已较均匀地分布在MoS_2上。为了得到良好的实验效果，优化醋酸盐(Hac-NaAc)缓冲溶液的pH值为3.6,最佳沉积时间为120 s,最佳沉积电位为-0.6 V,在滴加5μL的Fe_3O_4-MoS_2和5μL的全氟磺酸条件下进行测试，实验结果表明在0.1～0.6μmol·L~(-1)铅离子浓度范围，Fe_3O_4-MoS_2-全氟磺酸-GCE传感器的线性度良好，灵敏度和检测限分别为25.05μA/(μmol·L~(-1))和0.11μmol·L~(-1)。该检测方法快速便捷，具有低成本、高效率和易操作的特点。
2024年09期 v.61;No.568 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1534K] [下载次数：449 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：6 ] - 马俊格;李银辉;耿爱森;梁建国;李朋伟;
采用简单的一步水热法合成了钛酸钡纳米颗粒(BTO NP),通过静电纺丝法制备了BTO/聚丙烯腈(PAN)复合纳米纤维膜，并基于该膜制备了柔性复合压电纳米发电机。研究结果表明，随着BTO掺杂质量分数的增加，BTO/PAN柔性复合压电纳米发电机的输出电压先增大后减小。当BTO的质量分数为15%时，BTO/PAN柔性复合压电纳米发电机的输出性能最佳，输出电压可达10.2 V,输出电流可达1.52μA。当负载电阻为12 MΩ时，其最大输出功率约为3.72μW,与纯PAN纳米纤维膜压电纳米发电机相比，输出性能有明显改善。经过5 000次循环测试结果表明，BTO/PAN柔性复合压电纳米电机的的输出性能没有明显变化，因此其具有较好的稳定性。同时，该压电纳米发电机能够检测人体的不同状态，为研发高性能和自供电的可穿戴生物电子产品提供了参考。
2024年09期 v.61;No.568 80-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1721K] [下载次数：382 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 郭瑞;张继鹏;宁日海;常力戈;樊福生;石殿臣;张阳;
航空发动机的振动监测对于飞行安全具有重要意义。航空发动机在发生机械故障时会产生异常低频振动信号，因此利用摩擦电传感器对低频信号的灵敏响应特性研究了一种摩擦电式振动传感器。同时针对摩擦电传感器在航空发动机振动监测中易受环境噪声干扰的问题，设计了一种具有隔声效果的声屏障结构。实验证明具有声屏障结构的摩擦电传感器可以减少20 dB以上的噪声干扰，并且在8 Hz振动频率以及25 m/s~2振动加速度的环境下可产生1 V的输出电压以及60 nA的输出电流。此外，该摩擦电振动传感器在航空发动机试验平台上对于振动监测展现出很高的应用潜力，为航空发动机健康状态监测提供了重要的实用范例。
2024年09期 v.61;No.568 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 2107K] [下载次数：356 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 王光伟;姜富豪;刁彬烜;李鸿江;Joo Sang-Woo;丛晨浩;李欣琳;
智能仿生技术的迅速发展为医疗保健领域以及人机交互领域注入了新的活力。仿真人体皮肤功能，特别是触觉反应功能，是电子皮肤发展的一个关键方面。然而，现有的压阻式、压电式和电容式传统触觉传感器在实际应用中需要外部输入和电源系统来进行信息控制和能量供应。介绍了一种新颖的方法，采用全点胶印刷方法制造单电极摩擦纳米发电机(TENG)阵列，同时服务于生物运动识别和能量收集的双重目的。该结构利用Ag/聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳纳米管(CNT)复合电极油墨，将PDMS作为弹性包裹载体，通过银浆的片状结构和CNT的管状结构实现了桥接导电网络结构，确保了高导电性以及良好的柔韧性和印刷特性。所制得的TENG峰值开路电压为142 V,短路电流为64μA,负载电阻为10 MΩ,最大输出功率为9.31 mW。
2024年09期 v.61;No.568 97-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1675K] [下载次数：616 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：7 ] - 吴章旭;程玉鹏;李山;朱五林;沈琛;胡郑蕊;徐椿景;陈池来;
针对微电子机械系统(MEMS)质谱仪应用中对高工作气压和高电子电流的需求，同时保持MEMS技术在体积和质量上的优势，研制了一种用于MEMS质谱仪离子源的基于场发射原理的针尖阵列。通过MEMS加工技术实现了最大44个/mm~2的针尖密度，并在4和6英寸(1英寸=2.54 cm)的硅基晶圆上完成平行批量制造。实验结果显示，1 600个针尖组成的阵列在3.4×10~(-3)Pa气压下最大发射电流达到1.28 mA,在23.71 Pa的气压下达到92.93μA,同时单片集成结构使其具备与永磁体结合的放电增强能力，磁场下针尖阵列的最大放电电流提升175.79%。初步的测试结果证实了场发射针尖阵列作为离子源在MEMS质谱仪中的应用潜力。
2024年09期 v.61;No.568 106-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1395K] [下载次数：177 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 路永玲;张子阳;王真;刘征宇;朱雪琼;刘子全;
将基于折纸结构的摩擦纳米发电模块应用于输电线振动能量采集系统，并实现对输电弧垂振动情况的自供能监测。研制了具有自恢复特性的折纸发电单元，并集成于筒状驻极体发电机实现多相位能量收集，在持续振动情况下可输出200 V直流电压和80μA的交流电流，在70 s内可充满LTC-3588型电源管理电路电容。通过搭建模拟输电线无线监测平台，测试得到不同振动状态下驻极体发电机输出的特征电压波形以实现输电线低频振动情况的识别，并连接适用于高阻抗信号传输的WiFi多通道采集卡，实现折纸发电单元信号的无线传输及上位机实时监测。引入卷积神经网络(CNN)对输电线常见的4种运动模式进行了识别。此项工作为架空输电线路安全预警系统构建提供了新的思路及解决方案。
2024年09期 v.61;No.568 114-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1677K] [下载次数：309 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ]
- 疏港;陈福彬;张烨;苏艳梅;张冶金;潘教青;
以Ni纳米材料为研究对象，提出了一种新的基于超声辅助的表面增强Raman散射(SERS)基底的制备方法，以实现对生物分子罗丹明6G(R6G)的高灵敏检测。首先，通过超声辅助法制备Ni纳米溶液，然后，采用旋涂法制备SERS基底，以R6G为探针分子，研究了基底的SERS活性、重复性以及在基底制备过程中加入表面活性剂甲基丙烯酸甲酯(MMA)对基底SERS活性的影响。结果表明，在加入MMA的实验条件下，基底表面的纳米颗粒分散更加均匀，能提供的SERS热点更多，有助于增强基底的SERS强度。该SERS基底对R6G的最低检测限(LOD)为1×10~(-6) mol/L,增强因子约为2.56×10~4,重复性测试的相对标准偏差为10.19%(R6G浓度为1×10~4 mol/L)。该方法经济、简单、快速、有效，可以作为未来生物传感应用的候选方法。
2024年09期 v.61;No.568 124-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1647K] [下载次数：213 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 韩蕴达;苑泽伟;郭凯;郑雄飞;王赫然;
微流控芯片技术在疾病模型、药物筛选和个性化医疗领域显示出巨大的应用潜力。针对传统二维微流控芯片在模拟复杂生物环境方面存在局限性的问题，开发了一种新型的适用于挤出式3D打印的高分子共混材料，该混合材料由聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)和聚乙二醇(PEG)组成。测试了PLCL和PEG质量比分别为7∶3、6∶4、5∶5的三种混合材料的流变性能，筛选最佳配比材料，优化打印工艺参数，实现了复杂三维结构的高精度打印，并且打印件具备明显的抗塌陷能力和飞线断丝的可控性。提出了一种创新的微流控芯片分区设计与打印方法，将芯片结构分为4个区域并单独优化打印轨迹，有效减少了悬空结构产生的塌陷。实验结果显示，PLCL和PEG质量比为7∶3的混合材料具有良好的可打印性能，在3 mm/s的打印速度、20 mm/s的飞线速度下，成功实现了无需溶芯材料的三维微流控芯片的打印，微通道截面显示了良好的形状。细胞实验显示，PLCL/PEG材料支架对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)具有良好的细胞相容性，并且具有调节巨噬细胞极化、促进M2型表型形成的能力，显示了其在抗炎和免疫调节方面的功能。研究结果为微流控芯片的制造提供了新的材料和制备技术，拓展了3D打印在生物医学领域的应用范围，并为未来器官芯片技术的临床转化提供了实验基础。
2024年09期 v.61;No.568 131-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K] [下载次数：368 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 余志武;伍军;柏秋丽;赵博文;张少春;周梦良;
针对传统混凝土钢筋探测仪检测深度大多在100 mm以下且误差较大的问题，基于量子精密测量中金刚石氮-空位(NV)色心体系搭建了新型钢筋检测实验平台。金刚石NV色心因其优异的自旋性质和光学特性，对磁场有极高的分辨率。使用532 nm波长激光和微波对金刚石进行激光激发及微波调控，金刚石中的NV色心探测被测磁场，通过扫描光探测磁共振谱(ODMR)得到反射的微波功率，从而计算钢筋的尺寸及位置信息。结果表明自制的微波天线在2.87 GHz谐振频率下的回波损耗(S_(11))为-9.297 dB,在150 mm深度完成混凝土中钢筋位置、个数和直径的检测，钢筋位置平均误差≤4.3 mm,钢筋直径误差≤2.7 mm。
2024年09期 v.61;No.568 139-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1359K] [下载次数：113 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 王波;房玉龙;尹甲运;张志荣;芦伟立;高楠;
较大的晶格失配和热失配使得异质外延生长的GaN材料具有很高的残余应力，对材料和器件的性能产生重要影响。在蓝宝石衬底和GaN外延层之间插入一层石墨烯，通过Raman光谱和弯曲度测试分析了石墨烯插入层对GaN材料应力的影响。Raman测试结果表明，蓝宝石衬底上GaN材料压应力为0.56 GPa,引入石墨烯插入层后GaN材料压应力为0.08 GPa。弯曲度测试结果表明无石墨烯插入层的蓝宝石上GaN材料弯曲度约为21.74μm,引入石墨烯插入层后弯曲度约为1.39μm,引入石墨烯插入层的GaN材料弯曲度显著降低。讨论了石墨烯插入层对蓝宝石上GaN材料的应力调制机制，验证了石墨烯插入层技术对于异质衬底上获得完全弛豫GaN外延层的可行性。
2024年09期 v.61;No.568 148-153页 [查看摘要][在线阅读][下载 1497K] [下载次数：121 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 张嘉容;刘慧芳;陈曦;冯天成;王文国;
为了在微纳元件的封装中实现pL级超微量胶液的分配，根据不同材料表面具有不同表面润湿性的性质，提出了一种微纳量级的点胶方法。首先，使用自主搭建的超微量点胶系统进行pL级胶液分配实验，该系统点样的平均体积误差≤±1.1%,转移液滴的最小体积约为19.6 pL;然后，通过改变表面润湿性的单因素实验分析接触角对胶液转移量的影响，实验结果表明，接触角可以直观反映材料表面的润湿程度，即接触角越小，表面润湿性越好，转移液滴体积越大；最后，根据接触角与转移液滴体积的实验数据进行非线性曲线拟合，推导出了转移液滴体积预测公式，利用该公式预测的转移液滴体积与实测体积之间的平均差异率为2.32%。
2024年09期 v.61;No.568 154-161页 [查看摘要][在线阅读][下载 1514K] [下载次数：76 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 吴沐韩;王凌云;钟长志;张玉琴;谷丹丹;
传感器的无引线封装技术取消了传统的引线键合连接，因而在极端环境下，具有耐高温、抗冲击能力强等特点，有广阔的发展前景。但在常规无引线封装结构中，芯片与玻璃基座烧结固连，会受到高温热固耦合下的热应力影响，进而降低测量精度。针对这一问题，以压阻式压力传感器芯片作为封装对象，提出了一种芯片悬空型无引线封装结构，对其封装材料的选择进行了研究并对整体热应力分布及大小进行了仿真分析；通过实验探究了封装结构中金属电极-导电银浆-金属插针电学互连通道在高温环境下的电学稳定性和力学强度；对采用该封装结构的压力传感器样品进行了输出和温度性能测试。结果表明，该封装结构整体所受热应力显著低于常规结构；电学互连通道的接触电阻远小于芯片压敏电阻，高低温循环条件下其阻值变化小于14Ω;高低温冲击后其拉伸破坏拉力在1.2 N以上；传感器样品输出电压线性度良好，在25～225℃内最大热零点漂移小于0.01%FS/℃,最大热满量程输出漂移小于0.20%FS/℃,相比于常规无引线封装结构显著减小了传感器热零点漂移，验证了该封装结构的可行性，为解决常规无引线封装结构中芯片热应力自释放问题提供了一个新的研究思路。
2024年09期 v.61;No.568 162-173页 [查看摘要][在线阅读][下载 1690K] [下载次数：464 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：6 ] - 刘书睿;秦祚敏;王靖文;曾祥铖;赵晨雅;王智豪;王任鑫;杨玉华;
基于晶圆键合的电容式微机械超声换能器(CMUT)制备工艺凭借其对膜厚控制度高、制备过程简单且良品率高等优势，是当前CMUT的主要制备工艺之一。分析了上电极位置准确性对CMUT发射声压的影响，结合薄膜透光率和光刻机正面对准精度高的特点，提出了一种基于正面对准的CMUT制备工艺并完成了CMUT阵列的制备。制备过程中通过两种开窗工艺获得正面对准标记，通过正面对准的方式实现上电极金属图形化，提高了上电极金属制备的可重复性和准确性。挑选制备好的CMUT阵列进行了一致性测试，经测试其接收灵敏度在-207.30～-208.01 dB以内，表明基于此工艺制备的CMUT阵列具有很好的一致性，为后续大规模批量制备用于无损检测和超声医疗成像的CMUT器件奠定了基础。
2024年09期 v.61;No.568 174-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 1811K] [下载次数：125 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] 下载本期数据