技术论坛

• 氢键有机框架在生物传感器中的研究进展

  张博飞;曲正全;刘西红;晁熙鹏;崔晓营;赵柯;张宝忠;

  氢键有机框架(HOF)是一类由有机分子通过氢键自组装形成的晶态多孔材料，其非金属性、高生物相容性、结构可调性及温和的合成条件，使其在生物传感领域展现出巨大的发展潜力。根据合成子差异，HOF可分为羧酸类、二氨基三嗪类、磺酸类等体系。针对材料的稳定性问题，归纳探讨了多种强化策略：通过π-π堆叠增强稳定性，构建互穿网络提高结构柔韧性，利用电荷辅助氢键强化静电相互作用，以及引入共价键或金属键进行化学交联。HOF作为新型智能传感材料，其成功构建了涵盖电化学适体传感器、电化学发光传感器、光电化学传感器、荧光传感器及双模传感器等多种模式的生物传感器，其高比表面积和可功能化特性显著提升了传感器的灵敏度、选择性和检测范围。尽管HOF在生物传感领域前景广阔，但是其长期稳定性、体内生物相容性验证及规模化合成成本控制仍是关键挑战。

  2025年11期 v.62;No.582 7-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1884K]
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• 基于摩擦电传感器及数字孪生技术的增强现实运动康复训练系统

  武靖博;杨啸;曹自平;

  现阶段传统物联网(IoT)传感器普遍依赖外部电源，存在电池更换复杂和环境污染等问题。摩擦纳米发电机(TENG)利用摩擦起电效应，具备自供电、绿色环保和易制备的突出优势。设计了一种基于聚四氟乙烯(PTFE)材料的非接触式TENG,开发了针对其高阻抗特性的集成信号采集系统，包括电源管理、多路采集、微控制器单元(MCU)处理及蓝牙通信模块，并基于PyQt5构建了实时数据监测的上位机软件平台。此外，搭建了一套基于伺服电机驱动的重复式踢腿测试平台，系统地研究了踢腿动作与输出电压的关系，并利用TENG阵列有效增强了动作捕捉的精度。结合深度学习的ResNet18网络，实现了踢球动作的准确分类，并基于Unreal Engine 5开发出虚拟足球交互系统，实现了人体动作、传感信号与虚拟场景的有机融合，展示了该技术在医疗康复领域的广阔应用前景。

  2025年11期 v.62;No.582 21-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1599K]
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• AMR传感器在电流检测领域的研究进展

  申源炜;杨真;祝梦娇;罗松;钟明缙;

  各向异性磁阻(AMR)传感器凭借其结构紧凑、响应速度快、功耗低和制造成本低等优势，成为近年来电流检测领域的研究热点。综述了AMR传感器应用于电流检测的工作原理，并介绍了基于AMR传感器的电流检测方案，总结了AMR传感器在电流检测领域的不同应用场景，重点阐述了其在智能电网、工业自动化等方面的研究进展。最后，对当前基于AMR传感器的电流检测应用所面临的困难进行了总结，并对AMR传感器在电流检测领域的发展和应用前景进行了展望，为探索AMR传感器在工业领域的更多应用提供参考。

  2025年11期 v.62;No.582 30-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 2932K]
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器件与技术

• 非晶态Ga₂O₃/SnTe异质结紫外光探测器的制备与性能研究

  钟鑫华;伍宇康;钟爱华;

  非晶态氧化镓(a-Ga_2O_3)在柔性光电传感器和大面积图像探测器中展现出很大的潜力。系统研究了氧气体积流量对a-Ga_2O_3薄膜沉积的影响，并与拓扑晶体绝缘体SnTe薄膜一起，构建了a-Ga_2O_3/SnTe异质结紫外光探测器。结果发现，在溅射气氛中通入氧气能够有效抑制a-Ga_2O_3薄膜中氧空位的形成，且随着氧气体积流量的增加，抑制作用愈发显著。在氧气体积流量较小时，增加氧气体积流量能够减少a-Ga_2O_3的缺陷能级，提高a-Ga_2O_3/SnTe的光电探测性能。然而，当氧气体积流量过高时，由于氧空位的大量减少，其增益效果降低，导致a-Ga_2O_3/SnTe探测性能变差。其中，氧气体积流量为0.5 cm~3/min的a-Ga_2O_3/SnTe器件显示出最高的光电探测性能，其响应度和比探测率分别为7.87 A/W和8.19×10~(13 )Jones,外量子效率(EQE)高达3 849%。

  2025年11期 v.62;No.582 50-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1469K]
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• 高压蒸煮试验对塑封电路外引脚漏电的影响研究

  朱召贤;陈仁军;贺轶斐;陈海燕;

  由于塑封器件引脚表面的镀层为活泼金属锡，随着高可靠塑封集成电路在各领域的广泛应用，锡镀层腐蚀带来的各种器件失效层出不穷。基于高压蒸煮试验(PCT)加速老化后对镀锡外引脚间漏电问题，研究了引脚表面锡层的形貌和化合价态。实验结果表明：经过PCT加速老化后，镀锡外引脚会发生严重氧化生成SnO_2,导致材料的电阻率由11.4×10~(-8)Ω·cm骤升至1×10~3Ω·cm;该层氧化物厚度分布在70～500 nm之间，且锡与水蒸气发生水热反应生成锡的碱式化合物，器件表面形成水膜作为电解质发生原电池反应，加速了碱式化合物的形成，导致器件的漏电流由10μA提高至40μA以上，使得引脚间发生漏电。通过对锡物质演变过程的机理研究，说明对引脚表面进行涂层防护，阻止其与水蒸气直接接触，可以有效降低塑封器件的失效风险。

  2025年11期 v.62;No.582 59-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1600K]
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• 低维PbTaSe₂器件的超导电性研究

  李元龙;王俊焱;刘逸宇;刘胜龙;李政桥;秦磊;吴华;赵昆;

  通过化学气相输运(CVT)法制备了拓扑超导体候选材料PbTaSe_2,利用X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS)对样品的晶体结构和元素组成进行了表征，并使用磁学测量系统(MPMS)和物性测量系统(PPMS)进行了低温强磁场下系统的磁学和电输运测试。结果表明：块材PbTaSe_2超导起始临界转变温度T_c~(onset)为4.58 K,垂直于ab面的上临界场磁场强度H_(c2)(0)为2 404.4 Oe(1 A/m=4π×10~(-3) Oe),相干长度ξ(0)为36.9 nm。此外，还制备了二维PbTaSe_2器件。研究发现，当样品厚度降至约15 nm和约10 nm时，PbTaSe_2仍保持超导性，其T_c~(onset)分别降至4.09和3.84 K,H_(c2)(0)分别降至2 389.4和2 001.4 Oe。可见，器件的厚度越薄，T_c~(onset)和H_(c2)(0)降低得越多，为深入理解低维PbTaSe_2超导行为提供了新的研究视角。

  2025年11期 v.62;No.582 66-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1451K]
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材料与结构

• 2.5D封装翘曲的热-结构耦合分析与优化

  王振东;刘东静;李涛;王鹏博;

  为揭示高温环境下2.5D封装翘曲行为的形成机制，构建了2.5D封装有限元模型，并采用热-结构耦合分析方法系统研究材料热膨胀系数(CTE)与结构层厚度等参数对翘曲的影响规律。结果表明，基板CTE对翘曲的影响最为显著，CTE由10×10~(-6)/℃增至25×10~(-6)/℃时，翘曲增幅达512%;增加各组件厚度可有效提升结构刚度，降低翘曲风险。基于正交实验的极差分析，明确影响主次顺序为：基板CTE>基板厚度>金属框架厚度>环氧树脂模塑料(EMC)CTE>EMC厚度。通过参数优化，最大翘曲由159.64μm降至64.78μm。研究表明，通过优化组件间CTE匹配性与结构尺寸，有助于控制翘曲并优化应力分布，为高可靠性2.5D封装设计提供理论支持。

  2025年11期 v.62;No.582 73-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1395K]
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MEMS与传感器

• 面向轨道列车的振动能量采集技术研究

  王东明;李伟;杨博涵;王鹏宇;冯滢月;于鑫;

  智能轨道列车发展需要依靠大量传感器实施全方位实时动态监测及预警。在列车行驶中，有大量的机械能无法得到有效利用，这些能量理论上可以转化为电能。因此列车环境能量采集储存是解决传感器供电问题的一种有效措施。基于独立层式摩擦纳米发电机原理提出了一种应用于轨道列车振动能量采集与传感器供电的能量采集装置。研究表明，当样机配重60 g并且在振动频率2.25 Hz、振幅30 mm情况下可输出173.2 V交流(AC)电压和1.2μA交流电流，可在3.8 s内为4.7μF电容充电至3 V。同时，通过搭建模拟实验平台，成功实现为温湿度传感器供电。此项工作为智能轨道列车系统构建提供了解决方案。

  2025年11期 v.62;No.582 82-91页 [查看摘要][在线阅读][下载 2160K]
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• 多响应柔性传感器设计与制备工艺研究

  高硕;亓剑;黄大可;

  柔性传感器具有优异的柔韧性和响应特性，在可穿戴电子设备的应用上具有巨大的潜力。提出一种基于蜻蜓翅膀结构的柔性传感器，选用聚氨酯和聚己内酯作为基体材料、碳纳米管与Fe_3O_4作为填料，运用浆料直接墨水书写(DIW) 3D打印技术制备出多响应柔性传感器，其灵敏度可达0.119 0 kPa~(-1),响应时间80 ms、恢复时间40 ms。在8 kPa压力下，1 000次重复按压后电阻变化率约53%,能检测手指、手腕弯曲及喉咙发声、吞咽动作。在热响应方面，80℃环境下，11 s内可将受力弯折90°形状恢复至初始状态，形状固定率和恢复率分别为87%和86%;在磁响应中，该柔性传感器可对外加磁场产生反应，受磁场吸引发生弯曲，并将磁场变化转化为电阻变化。本研究为未来可穿戴设备的智能化、多功能化发展提供了一定的理论基础。

  2025年11期 v.62;No.582 92-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1719K]
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• 基于金刚石NV色心宽场显微磁成像系统的研制

  王东;许艳丽;周玉国;罗惠恒;陈典龙;单隆坤;付天阅;

  磁性材料的显微磁成像对于研究材料的磁学性质具有重要意义。搭建了宽场显微镜磁场矢量成像系统，该系统基于金刚石氮-空位(NV)色心，采用光检测磁共振(ODMR)原理，通过对荧光变化的收集分析，能够获取金刚石NV色心电子自旋基态的共振频率。对地质样品切片进行了磁成像实验，对比度图上可见明显的、随测量频率变化的磁偶分布，在矢量成像结果中，能看到较明显的磁性区域，磁性区域周围ODMR谱线存在劈裂变化，并且该变化在磁偶区域呈现相反的趋势。根据ODMR谱图进行计算，该系统磁场探测灵敏度为■,成像分辨率为533 nm。

  2025年11期 v.62;No.582 102-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1768K]
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• 基于电流体喷墨打印的织物基柔性压力传感器及其应用

  左文凯;施佳丽;李冰灿;张守京;代阳;王颖;

  针对传统印刷工艺受限于图形精度问题及高黏度墨水沉积需求，提出织物基电流体(EHD)喷印导电线路打印的方法。系统研究工艺参数对织物基导电线宽的影响规律，使用喷嘴内径0.26 mm、电压2 600 V、打印速度10 mm/s实现180μm线宽的织物基导电线路。在此基础上，结合多壁碳纳米管(MWCNT)与三聚氰胺组成的复合导电海绵，构成面向人体皮肤信号监测的织物基柔性传感器。传感器实验平台测试表明，在0～2 kPa压力范围内灵敏度为0.41 kPa~(-1),并将传感器用于腕关节、咽喉和跟腱部位进行姿态监测实验，证明了其应变感知能力。本研究的电流体喷墨打印方法为织物基底的高黏度功能材料精密化图案的制备提供了新路径，制备的织物基柔性传感器在智能穿戴设备上有重要应用价值。

  2025年11期 v.62;No.582 111-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1574K]
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• 高精度Cu/CuNi柔性热电偶温度传感器研究

  劳钧杰;张柠溪;王田晨;李万里;

  为满足工业高温监控与新能源电池安全监测对温度传感器高精度、柔性和低成本的要求，以低成本的铜和铜镍油墨作为热电极材料，通过丝网印刷实现了快速且高效的柔性热电偶温度传感器制备。在20～180℃的温度范围内，热电偶输出热电势与温度之间线性关系良好，塞贝克系数约为4.7μV/℃。信号采集方面，以STM32为核心，配合ADS1256模数转换器的数据采集系统，同时引入卡尔曼滤波算法，有效降低了噪声干扰，将测温误差控制在-0.5～+1.5℃以内。制得的热电偶温度传感器实现了低成本且高效制备，并具备优异的温度检测性能。

  2025年11期 v.62;No.582 119-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 1438K]
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加工、测量与设备

• 双面化学机械抛光工艺中磨料分布仿真分析

  王现刚;刘奕然;曹军;

  在化学机械抛光(CMP)过程中，晶圆表面磨料的分布状态无法通过实验直接观测。掌握磨料的具体分布状态有助于深入理解化学机械抛光的作用机理并为工艺优化提供参考。在不同的上抛光垫渐开线沟槽数量、沟槽深度、给液口位置条件下，利用ANSYS FLUENT软件模拟了硅晶圆表面磨料分布状态。结果表明，抛光液从上抛光垫内侧给液口注入能够提高磨料利用率。上抛光垫左侧给液口注入相较于中间给液口注入，晶圆表面磨料密度提升了约18.33%。增加上抛光垫径向沟槽数量和沟槽深度，能够增强抛光液对磨料的输运能力。上抛光垫沟槽深度4.5 mm相较于1.5 mm,磨料速度提升了约15.31%。

  2025年11期 v.62;No.582 126-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1976K]
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• 不锈钢薄板的脉冲激光焊接方法及性能研究

  马立卓;晁栓;张朝阳;戴学仁;温雅鑫;赵岳;王京涛;刘洋;朱浩;

  针对亚毫米级不锈钢薄板激光焊接中的热输入控制问题，采用脉冲激光器对0.1 mm厚的304不锈钢薄板进行激光焊接工艺，通过单因素实验探究了焊接速度对焊缝形貌、力学性能及耐腐蚀性的影响机制。当激光功率为80 W、焊接速度为250 mm/s时，焊缝熔透充分且形貌均匀，抗拉强度和屈服强度超过母材标准，断口以均匀韧窝为主，呈现塑性断裂特征。焊接速度提升至450 mm/s时，焊缝耐腐蚀性最优(自腐蚀电位-0.47 V,电荷转移电阻8 097Ω·cm~2),但仍低于母材(自腐蚀电位-0.029 V)。研究发现，焊接速度通过调控热输入与熔池凝固行为，影响表面粗糙度及Cr元素分布，进而决定焊缝耐腐蚀性能。

  2025年11期 v.62;No.582 135-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 1714K]
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