期刊信息
期刊名称：微纳电子技术
曾用刊名： 半导体情报
创刊时间：1964年
更名时间：2002年
主管部门：中国电子科技集团公司
主办单位：中国电子科技集团公司第十三研究所
出版日期：每月15日
ISSN：1671-4776
CN：13-1314/TN
邮发代号：18-60
网址：www.bdtq.cbpt.cnki.net
e-mail：wndz@vip.sina.com
电话：0311-87091487
地址：石家庄市179信箱49分箱
邮编：050051
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PVDF基聚合物的压电性能调控与传感应用研究进展
张慧丽;江栋;秦霸;邢万里;王鹏;谭少博;龚红红;张志成;系统综述了聚偏氟乙烯(PVDF)基压电材料的研究进展。首先从分子尺度阐明了PVDF链构象与压电特性的本征关联，归纳了化学改性与物理掺杂策略在诱导极性β相生成及性能增益方面的作用机制。其次，重点剖析了拉伸取向、极化处理、热退火及静电纺丝等关键加工工艺对铁电畴取向和宏观压电响应的调控规律。此外，全面梳理了PVDF基柔性器件在机械应力感知、生物医学监测及宽频声学探测等前沿领域的结构设计与应用现状，对比分析了不同场景对材料器件差异化的性能需求。最后，从多相协同极化机理、大面积均匀制备工艺及长期服役可靠性等方面，展望了PVDF基压电聚合物的未来发展趋势，为实现材料“结构-性能-工艺-应用”的全链条开发提供了参考。
智能传感器用高压电常数聚合物驻极体研究进展
王鹏;高维娜;解云川;王路;夏卫民;张志成;仿生机器人与可穿戴设备的快速发展对智能传感器柔性压电材料的性能提出了新的要求，高压电常数聚合物驻极体具有高灵敏度、低成本、易加工等优势，成为高性能柔性压电材料领域的研究热点。系统梳理了近年来压电聚合物驻极体领域的研究进展，分析了驻极体的极化机制与压电机理，阐述了非极性/极性、含氟/非含氟等高压电常数驻极体材料的研究现状；详细介绍了聚合物驻极体压电性能的调控方法与制备工艺，重点总结了材料筛选、微观与多层结构构筑的核心策略；最后剖析了该类材料在智能传感应用中面临的核心挑战，提出了针对性的解决方案与未来研究方向，可为高性能压电驻极体的设计制备与应用拓展提供理论参考。
超快激光微纳加工技术在能量储存与转换器件中的应用进展
边思名;段晓韩;郑美玲;超快激光加工作为一种极端制造技术，凭借其与样品作用时间极短、峰值功率极高等特性，能够实现固体材料的三维微纳结构精准制造，在纳米能源与系统领域展现出巨大潜力。综述了超快激光微纳制造的技术原理、方法及其在能量储存与转换器件中应用的最新进展。首先分析了超快激光与材料相互作用的机理，随后介绍了超快激光增材制造、减材制造等关键技术。重点阐述了超快激光构筑的微纳结构在金属离子电池、超级电容器等能量储存器件及其在电催化、光热转换等能量转换器件中的应用。最后，总结了该领域面临的挑战并展望了未来发展趋势。
基于摩擦电压力传感器的智能服装在运动捕捉中的研究进展
周贵苗;顾冰菲;董凯;随着柔性传感与智能穿戴技术的快速发展，基于摩擦电压力传感器的智能服装凭借自供电、柔性贴合、轻量化等优势，逐渐成为运动捕捉领域的重要研究方向。对其在运动捕捉领域的研究进展进行系统性梳理：从传感器核心工作机制出发，全面分析材料性能优化、结构设计、深度学习算法协同、服装集成工艺及规模化制备等关键环节，结合人体头部、颈部、上肢、躯干、下肢、足部六大部位运动特征，分类探讨各部位运动捕捉的技术特性与应用场景。目前，该类传感器在部分运动异常识别等场景中准确率已超过95%,并在多部位运动捕捉中形成多元化技术方案，但在长期穿戴稳定性、复杂环境抗干扰能力及规模化制备一致性方面仍存在挑战。本文旨在为摩擦电智能服装的运动捕捉技术创新提供实践思路，并为其在体育训练、医疗监测及人机交互等领域的应用及产业化提供参考。
基于多层磁辅助摩擦纳米发电机的车载低功耗设备自供能系统
张意;刘丰怡;郭鸿恺;陈辉佳;徐尧益;张正昊;针对车载低功耗传感设备化学电池更换频次高、运维成本大的痛点，提出了一种多层磁辅助接触-分离式摩擦纳米发电机(MA-CS-TENG),有望构建车载无源自供电系统。基于摩擦起电和静电感应的耦合效应，MA-CS-TENG高效收集车辆振动机械能并完成机电能量转换。测试结果表明，该装置在公路运输典型振动频段内可稳定实现电能转换，开路电压峰值大于1 100 V,短路电流最大值207.27μA,表面电荷密度约157.08μC/m2,单位体积功率约为0.033 04 mW/cm3,能够在7 s内将47μF电容充至10 V并持续为温湿度传感器供电。经过500 h耐久性测试后，装置性能保持超过95%。该振动能量收集装置兼顾绿色环保优势，为实现公路运输场景下的无源传感和动态监测系统供电提供了一种新型方案。
基于电容检测的自适应数字微流控系统研究
李奕贤;朱军;郭金政;王天昱;熊文耀;潘希贤;刘智勇;传统数字微流控液滴生成多采用固定控制策略,易受储液量与结构限制,存在液滴均一性差、单次生成量少等问题。提出一种基于电容检测的自适应数字微流控驱动系统,通过实时检测电极与上盖板间的电容值,精准识别液滴位置与尺寸,自适应调整电极驱动时序,实现液滴的稳定生成与在线检测。电路设计中创新性采用单刀双掷继电器结构,在机械层面实现电容检测与高压驱动的通路隔离,避免高压信号对检测模块造成损伤。实验结果表明,该系统液滴生成成功率由95%提升至99%以上,体积均一性从96%～97%提高至99%以上,生成效率提升约20%,在细胞分选实验中可单次完成15μL样品的自动化生成与分选。该方案硬件简洁、成本低、易集成,有效改善了液滴生成质量与通量,为数字微流控在生物医学检测及高通量筛选中的应用提供了可靠技术支撑。
MEMS微孔阵列对Co基薄带GMI传感器性能的影响
张婧怡;杨真;耿兆杰;秦旭汶;在软磁薄带表面引入图案化的微孔可有效改善薄带的巨磁阻抗(GMI)性能,对探索其在磁场检测方面的应用具有重要意义。采用光刻、湿法刻蚀等微机电系统(MEMS)工艺,在微型条带表面制备微孔阵列,并设计不同孔数(0、3、6、9、12、15)、孔距(400和600μm)及孔径(150和200μm)样品,研究微孔几何参数对GMI性能的影响。结果表明,随着孔数增加,GMI比先增加后减小,当孔数为6时,GMI比达到峰值,为34.4%;随着孔径减小至150μm,GMI比提高至37.9%;而孔距的增加则使GMI比下降。理论分析可知通过孔数变化能优化退磁场分布或引入有益的磁畴钉扎效应,从而影响GMI效应,而孔径变化会改变磁路的连续性和高频电流分布的均匀性,进而提升GMI性能,较小的孔距有利于增强微孔阵列对周期性退磁场的调制。本研究为设计基于MEMS工艺的高灵敏度、可集成GMI传感器提供了重要的实验依据和理论参考。
磁性水凝胶无线无源传感系统设计与测试
张森森;李世交;彭伟;朱明甫;翟明;胡以帆;卫荣汉;柔性传感器是柔性电子技术的核心组成部分,能够实时感知和响应外界物理刺激。水凝胶具有优异的生物相容性、良好的柔韧性和可调的力学性能,被认为是构建柔性传感器的理想基底材料。然而,传统导电水凝胶传感器需要通过导线连接,复杂的布线设计降低了设备的柔性与便携性。以聚乙烯醇/四氧化三铁磁性水凝胶为研究对象,基于法拉第电磁感应定律和有效介质理论,提出了基于磁-力耦合效应的新型传感机理,设计并构建了基于激励-差分检测线圈结构的无线无源柔性应变传感系统。实验结果表明,该系统能够实现40%应变以内的有效检测,在10%应变下经过500次循环拉伸后仍保持较高的稳定性和重复性,为无线无源柔性传感提供了一种新的解决方案。
Ti掺杂二硫化钼吸附气体分子的第一性原理研究
施金辛;陈冒硕;石昊朋;许巍;任青颖;李卫;基于密度泛函理论,系统研究了NO、NH3、H_2S和HCHO四种气体分子在本征单层二硫化钼(MoS2)表面及NH3、H_2S和HCHO三种气体分子在Ti掺杂MoS2表面的吸附行为与电学、磁学性质。通过比较不同初始吸附位点,确定了各分子的最稳定吸附构型,并系统计算了吸附能、吸附距离、电荷转移、功函数、恢复时间及态密度等关键参数,以阐明吸附机制并识别敏感气体。结果表明,本征单层MoS2对NH3为物理吸附,对H_2S和HCHO为弱化学吸附,而对NO则为较强化学吸附,且吸附强度与脱附可逆性高度适配,因此对NO最为敏感。能带结构分析显示,NH3、H_2S和HCHO的吸附对MoS2禁带宽度影响较小;NO吸附显著减小体系禁带宽度,主要源于N和O原子的p轨道贡献,并诱导产生约1.1μB的磁矩,使体系呈现磁性。理论分析表明,本征单层MoS2在NO气敏检测方面具有潜力。Ti掺杂MoS2对NH3和H_2S的吸附性能显著增强,且无吸附过强导致的不脱附问题,表现出更优的气敏特性。该研究从电子结构层面揭示了MoS2基材料对不同气体的敏感机理,为高选择性气体传感器的设计与优化提供了理论参考。
电容式MEMS声发射传感器研究进展
潘珊珊;杨玉华;张赛;电容式微机电系统(MEMS)声发射传感器基于静电感应换能机制,利用敏感微结构捕获材料损伤释放的瞬态应力波,并将机械振动转化为电容及电信号输出,是结构健康监测中实现早期损伤识别与定位的核心技术。相比传统块体压电传感器,该类传感器具有微型化、高一致性及易于原位集成等显著优势。首先对比了现有MEMS声发射传感器的主要类型;在此基础上,重点阐述了电容式MEMS声发射传感器的理论基础、面外/面内振动传感机理及先进制造工艺,系统梳理了国内外最新研究进展;最后,深入剖析了该技术走向工程实际应用面临的瓶颈挑战,并对其未来的多模态与智能化发展前景进行了展望。
MEMS传感器现状及应用
王淑华;MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。
经典分子动力学模拟的主要技术
樊康旗,贾建援综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。
MEMS传感器现状及应用
王淑华;MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。
超级电容器材料及应用研究进展
石文明;刘意华;吕湘连;张瑞荣;何洋;作为新型储能装置之一，相较于传统储能装置，超级电容器具有功率密度高、使用寿命长、充放电速率快等优越特性，因而受到了研究者们的广泛关注。介绍了超级电容器的发展历程、分类及工作原理；概述了应用于超级电容器的碳基材料、过渡金属氧化物、导电聚合物及复合材料等电极材料的研究进展；阐述了超级电容器在工业、电力、汽车、航空等领域以及柔性超级电容器在可穿戴电子产品中的应用状况；分析了当前超级电容器的不足及面临的挑战；总结了超级电容器新的可能应用领域(如生物、医疗和神经形态学计算等领域)及新的研究方向(如超级电容器精确数学模型等)。
薄膜材料研究中的XRD技术
周元俊;谢自力;张荣;刘斌;李弋;张曾;傅德颐;修向前;韩平;顾书林;郑有炓;晶格参数、应力、应变和位错密度是薄膜材料的几个重要的物理量,X射线衍射(XRD)为此提供了便捷而无损的检测手段。分别从以上几个方面阐述了XRD技术在薄膜材料研究中的应用:介绍了采用XRD测量半导体薄膜的晶格参数;结合晶格参数的测量讨论了半导体异质结构的应变与应力;重点介绍了利用Mosaic模型分析位错密度,其中比较了几种不同的通过XRD处理Mosaic模型,且讨论了它们计算位错密度时的优劣。综合XRD技术的理论及在以上几个方面的最新研究进展,对XRD将来的发展做出了展望。
经典分子动力学模拟的主要技术
樊康旗,贾建援综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。
柔性可穿戴电子的新进展
卢忠花;王卿璞;鲁海瑞;袁帅;王丹丹;综述了近期柔性可穿戴电子的研究进展以及在现代生活中的发展应用,阐明了柔性薄膜电子在医学和生活娱乐等领域的发展方向和潜在应用,特别是在医疗领域,柔性电子的发展与应用将是人们未来生命健康监测与治疗的主流方向。详细介绍了以聚酰亚胺等聚合物材料为基底的薄膜电子器件的发展类型,并且阐述了分别以聚合物薄膜材料和导电织物为基底的柔性电子设计。论述了制约柔性可穿戴电子在未来发展研究中的问题,并对柔性可穿戴电子的发展趋势进行了展望。