一种可直接脉冲调制的MEMS红外激发源

针对红外气体探测器对光源的要求,结合现有MEMS(微机电系统)工艺及与其兼容的IC工艺,研制了一种可用于红外多气体传感器的脉冲式MEMS辐射光源.该光源主要有Si3N4/SiO2的复合支撑层和铂金发热电极组成,可以产生相当于黑体300～800 K的红外辐射,在温度T＝1 106 K时有λ=2.62 μm峰值辐射波长;并且光源有足够强的辐射强度和2～15 μm红外辐射波段,能够满足大部分气体在2～14 μm波长范围内特征的吸收谱线的要求.经过对辐射元的动态测量可知,辐射源的动态调制频率可达到50 Hz,完全能够满足气体测量对所需红外光源调制频率的要求.

用于火灾探测的非色散红外吸收气体传感器

基于朗伯-比尔吸收定律建立了便携式非色散红外气体传感体系,并成功的应用于火灾现场生成气体的实时检测。该体系利用直接电调制的红外辐射源、窄带薄膜干涉滤光片和高灵敏度的TGS热释电红外探测器,很大程度地降低了系统的成本和体积,提高了探测灵敏度。通过对CO、CO2、NH3和SO2四种火灾现场燃烧生成气体在不同浓度状态下的测量,证明系统对所测气体可以达到了几十个微量级的探测极限,响应时间均小于20s,具有较好的稳定性,能够满足一定的测量要求。

用XRF技术测量聚氯乙烯塑料制品中铅的含量

用X射线荧光分析方法 (XRF)测量并定量分析了一些聚氯乙烯塑制品中的铅的含量 ,结果显示样品中铅含量均大于 1%,足以对人体机能产生损害。建议开发新的稳定剂取代铅的化合物。

光声光谱法探测微量气体

介绍光声光谱气体传感器的发展及应用意义,根据气体光声效应讨论了光声气体传感器的工作原理,详细分析了多种不同结构传感器的原理及优缺点。重点讨论了常用一维管状光声腔体的光声理论,并给出了数学模拟模型。根据国内外的研究现状,分析了光声气体探测系统的重难点以及可能的解决方法,并讨论了光声传感向MEMS方向发展的原因及意义。

二维金属亚波长孔阵列的强透射特性研究进展

光通过二维金属亚波长孔(孔的直径不超过入射光波长的一半)阵列(TDMSHA)时,由于入射光与金属表面自由电子的电荷密度波发生共振耦合作用,会在特定的波长内表现出窄带透射增强。TDMSHA对光具有的透射增强与滤波特性在纳米光学、光电子、化学传感和生物物理上都有着十分重要的潜在应用。文中回顾了该特性的研究历史,详细地阐述了其发生的物理机理,对近十年来该特性在机理、材料、结构等方面的研究进展作了总结,对其前沿研究热点和应用前景分别进行了分析与展望。

MEMS红外光源及应用

针对传统红外光源需要另加调制部件,使得传感体系价高和笨重的不足,利用微电子工艺研制了一种用于便携式非扩散红外气体传感器的电调制红外光源,并对其辐射特性进行了测试。将光源应用于自行搭建的小型红外吸收气体传感系统中,对不同气体体积分数的CO2和SO2气体进行探测,测量精度分别达到20×10-6和50×10-6气体体积分数。重复测量偏差在10%之内,且光源辐射性能稳定,可用于多组分气体探测。

MEMS光声气体传感器光声腔的研究

光声气体传感器在微量气体探测方面具有许多优势,光声气体传感器的MEMS化可降低成本,提高传感器性能,具有重要的实际意义。依据光声传感器的原理,结合MEMS加工技术,研究制作了一种光声腔,同时,进行了一定的理论模拟,为实现光声气体传感器的MEMS化打下重要基础。

分子诱导效应指数与链烷烃的沸点

利用基团的诱导效应指数 ,首次提出了分子的诱导效应指数的概念 ,并定义了链烷烃的有效碳链长度NC=(MIs ,N/MIb,N)·N ,式中MIs,N,MIb ,N分别为直链和支链异构体的分子诱导效应指数 .研究结果表明 ,链烷烃的沸点Tb(℃ )与NC 关系是 :ln(80 6 .5 -Tb) =6 .982 4 0 - 0 .114 31NC2 /

体外循环手术患者寸口脉搏波监测与分析

目的通过体外循环不同灌注模式手术患者的寸口脉搏波分析与研究,探索建立基于寸口脉搏波监测的体外循环"搏动灌注"血流搏动波的量化分析方法。方法将34例行体外循环术的心脏疾病患者随机分为"搏动灌注"组和"非搏动灌注"组,每组各17例;观察手术者寸口脉搏波情况,比较"搏动灌注"手术者术前、"搏动灌注"过程中寸口脉搏波。结果体外循环手术者主动脉血流阻断后寸口未出现明显的脉搏波,"搏动灌注"开始后寸口出现脉搏波;"非搏动灌注"手术者在整个血液灌注过程中寸口未出现明显的脉搏波;"搏动灌注"手术者术前、"搏动灌注"时寸口均出现脉搏波,但"搏动灌注"时脉搏波较低平。结论初步的研究结果提示,寸口脉搏波能反映体外循环"搏动灌注"搏动能量的传递状况;寸口脉搏波可作为观察体外循环"搏动灌注"搏动能量传递效果的客观指标;脉搏波幅度、面积等参数可尝试作为观察"搏动灌注"效果的量化指标。

改进的一维纵向光声腔仿真模型

依据光声传感器的原理,改进了传输线理论,引入与谐振腔相连接的腔室、管道所引起的非理想因素,提出了一种更为完善的LC等效电路模型。利用此模型完成一维光声腔结构参数的理论分析和计算,通过与以前的模拟结果和实际测量数据进行对比可知,新模型的模拟结果与实验结果拟合得更好,从而证明了新模型的合理性。

基于表面等离子体效应的MEMS红外辐射源特性研究

研究了一种新型的基于二维光子晶体结构的表面等离子体共振SPR(Surface plasmon resonance)效应的红外辐射源,该辐射源基本结构为Si-SiO2(650nm)-Cr(100nm)-Au(800nm),并在Au表面刻蚀5μm的周期性排列的圆孔。设计加工了几种不同的结构,包括三种不同的圆孔间距即晶格常数:6μm,7μm,和8μm;四种占空比(圆孔直径与晶格常数之比):3/8,4/8,9/16和11/16;以及三种圆孔排列方式:正方形排列,六边型排列,和带规则缺陷六边型排列。本文采用红外傅立叶测量设备对辐射源进行测试分析,通过该辐射源的红外反射谱表征其辐射性能,并利用FDTD软件进行模拟,和实验数据作了比较。研究结果得出了红外辐射源反射谱波谷位置即SPR共振峰位置,波谷强度即SPR共振峰强度与不同结构参数之间的关系。研究发现该辐射源SPR共振峰位置基本与圆孔间距即晶格常数成正比,正方型排列基本接近于1:1,而六边型排列基本接近于3/2;常规六边型排列比带缺陷六边型排列和正方型排列具有更窄的半波宽和更大的SPR共振强度;随着占空比变大,该辐射源的SPR共振峰强度变大。

一种基于光子晶体结构的新型MEMS红外光源

结合光子晶体和表面等离子体共轭(surface plasmon resonance,SPR)技术,研究了一种新型的MEMS红外光源.相比传统的红外光源,该新型光源具有红外光谱窄、红外发射峰位置可调等优点.该光源衬底材料为硅,然后在硅表面形成SiO2-Cr-Au结构,并在Si-SiO2-Cr-Au结构表面形成刻蚀深度为2μm、孔间距分别为7μm和8μm(孔直径分别为3.5μm和4μm)等不同的周期性排列圆孔的光子晶体结构.采用有限元时域分析(finite-difference time-domain,FDTD)软件模拟和傅里叶红外光谱仪实际测量的结果表明,该新型MEMS红外光源具有窄的波峰,其反射光谱波谷波长和圆孔间距相近.通过理论推导和FDTD软件模拟,研究了光源光子晶体结构中圆孔深度和透射光谱波峰强度关系.结果表明,圆孔深度为2μm的结构比3μm结构的透射强度更强.透射强度与圆孔深度h在一定范围近似为倒数平方关系,即在一定范围内圆孔越深,透射越弱.

DMMP在纳米分子筛敏感薄膜中的解吸附特性

分子筛膜的脱附困难是制约纳米分子筛敏感膜传感器发展的主要技术瓶颈之一,传统的高温脱附和纯氮气吹洗的方法无法有效地使纳米分子筛膜得到再生。针对Silicalite—1,ZSM—5和Cu-ZSM—5 3种纳米分子筛,利用石英晶体微天平(QCM)技术,研究了氮气吹洗法、高温脱附法和高频交变电场脱附法对甲基磷酸二甲酯(DMMP)气体的脱附特性。结果显示:超声频交变电场脱附法可以使脱附时间从传统方法的20 min缩短到60 s以内,并达到85%以上的脱附率,使传感器的重复性很快得到再现。

MEMS热激发红外脉冲光源

设计制作了不同结构、不同图形尺寸的铂金薄膜热激发MEMS红外光源,并对其辐射性能作了测试比较。测试结果显示,发射光谱带在2-4μm范围内有比较强的辐射能量,调制频率在20-40 Hz之间有较好的调制度。这些特性已经符合多数红外传感器的要求。

基于二维金属亚波长孔阵列结构的MEMS红外辐射源特性研究

以MEMS红外气敏传感器为应用目标,采用MEMS技术设计和制作一种二维金属亚波长孔阵列结构红外辐射源。探讨了不同厚度SU-8膜对金属/电介质/金属(M/D/M)二维金属亚波长孔阵列结构在中远红外波段透射特性的影响。设计并制作了Au/SU-8/Au的M/D/M结构,测试采用傅里叶变换红外光谱仪器。同时对M/D/M结构不同电介质层情况下的中远红外波段透射特性进行了模拟。实验结果表明,SU-8厚度在小于1μm时,透射强度远大于厚度1μm以上的结构,且有透射强度最大值出现(SU-8厚度为360nm),同时,随着SU-8厚度的增加,透射谱峰值呈现规律性红移。

基于纳米分子筛敏感膜类神经毒气传感器

研究了ZSM5分子筛膜对神经类毒剂沙林的相似物甲基磷酸二甲脂的敏感特性,并结合高灵敏的石英谐振微天平(QCM)研制了甲基磷酸二甲脂气体传感器。测试甲基磷酸二甲脂气体的体积分数分别为10-6,5×10-6,20×10-6的气体。研究表明:基于ZSM5纳米分子筛膜的传感器的检测灵敏度高,对气体体积分数为10-6甲基磷酸二甲脂气体的检测灵敏度为60Hz/10-6,比半致死浓时积低;传感器的响应与脱附时间较快,对气体体积分数为10-6甲基磷酸二甲脂气体的响应与脱附时间均为100s;对同体积分数丙酮气体进行了频率响应测试,对传感器的选择性进行验证。还研究了ZSM5分子筛对甲基磷酸二甲脂气体的脱附再生条件,发现经过200℃脱附,分子筛的再生能力可以得到较好的恢复.

高灵敏度小型化红外光声气体传感系统

研制了一种高灵敏度小型化红外光声气体传感系统。该系统检测灵敏度高,对乙烯气体体积分数的检测限达到20×10-9以下。对光声信号和检测相位之间的关系进行了详细的研究,分析了光声信号中峰值相位变化的因素。结果表明:在固定相位延迟下利用锁相放大器检测光声信号可以获得比较高的灵敏度。同时根据对光声信号和相位延迟关系的研究,提出了小型化光声腔设计思路。

基于Silicate-1型分子筛修饰的QCM类神经毒气传感器

主要研究Silicate-1型纳米分子筛对类神经毒气有机气体甲基磷酸二甲酯(DMMP)的敏感特性,并结合高灵敏度的石英谐振天平(QCM)研制了DMMP气体传感器。采用Silicate-1型纳米分子筛作为敏感膜材料分别对不同浓度的DMMP气体进行检测。QCM传感器随着气体浓度的增加,响应时间增加,气体吸附量增加;当DMMP浓度为50×10-6时,QCM响应频率为50 Hz。分别采用水汽,300×10-6 CO2和500×10-6 NH3作为干扰气体对该敏感膜材料选择性进行了研究,QCM的响应频率分别为178 Hz,28 Hz和15 Hz。采用交变电场作用下N2吹洗脱附,在60 s以内就可以达到85%以上的脱附率。

高灵敏度谐振式红外光声气体传感器研究

研究了高灵敏度谐振式红外光声气体传感系统,对系统的谐振频谱进行了测试分析,观察到了新的谐振模式。经过对比,发现选用新的谐振模式具有更高的测试灵敏度和信噪比,新的谐振模式源于两边的缓冲腔体内的谐振。研究了麦克风输出腔体结构对信号的影响,发现增加输出腔内麦克风到谐振腔的距离可显著增加光声信号。另外,在激光岀射端口放置反射金属膜也有利于提高光声信号,从而提高系统检测极限。

基于打印聚合物薄膜技术的NH_3传感器

研究了一种新型的采用打印技术的NH3传感器,探讨了打印"墨水"材料聚苯胺和聚吡咯的制备和"墨水"掺酸比例对NH3传感器敏感度的影响。为了提高传感器灵敏度,分别对传感器的直流和交流阻抗特性进行了研究。结果发现在1.5 kHz左右交流阻抗的测试条件下,传感器灵敏度要较直流阻抗测试高近1个数量级。此外还通过构建1个交流阻抗拟合模型对传感器交流阻抗变化过程作了解释。研究的采用打印技术基于聚合物的NH3传感器具有成本低,可以制作在柔性衬底上和适合大规模生产等特点,在食品加工、养殖业和医疗等领域具有广泛的应用前景。