基于布里渊动态光栅的保偏光纤中温度和应变的传感机制研究

对保偏光纤中基于布里渊动态光栅的温度和应变的传感机制进行了探索.从保偏光纤两正交偏振轴的传输特性出发,分别研究了布里渊动态光栅的波长、波长差以及拍长与温度和应变的关系.研究结果表明,波长的对数与光纤温度近似成线性关系,波长的相对变化量与光纤应变成线性关系;两轴波长差、拍长的倒数与温度和应变近似成线性关系.本文研究结果为基于布里渊动态光栅的保偏光纤分布式温度和应变的传感指明了潜在的研究方向.

激发态分子内质子转移:一种新型的传感机制及其在荧光传感器中的应用

荧光传感器具有灵敏度高、专一性强、样品处理简易及操作过程方便、响应速度快、可用于体内和体外成像研究等优点,颇受人们的青睐。在新型荧光传感器的设计中,传感器识别单元与信号报告单元之间的传感机制一直受到人们的广泛关注。随着超分子科学的发展,一些新型的传感机制被应用于传感器的设计中。其中,基于激发态分子内质子转移(ESIPT)机理的荧光传感器通常具有发光强、斯托克斯位移较大、光稳定性好等优异特性,表现出良好的传感性能。综述了ESIPT这种新型的荧光传感机制的研究进展,包括此传感机制的基本原理,其在荧光传感器设计中的应用,并展望了该领域的发展趋势。

基于纳米功能界面和新型传感机制的生物传感器件

纳米材料因其具有光、电、磁和高的比表面等特殊性质,在催化、电化学、生物电子器件等领域显示出重大的潜在应用前景.利用现有的和新开发的化学制备原理合成具有生物相容的纳米功能界面,探索其在生物分子组装、生物分子的直接电子转移、生物催化和传感等方面的应用,将为生命科学的发展开辟新的天地,同时也为重大疾病的早期诊断和预警提供有力的工具.

MXene在压力传感中的研究进展

近年来,压力传感器在智能可穿戴纺织品、健康监测、电子皮肤等领域得到了广泛应用。二维纳米材料MXene的出现,为压力传感带来了全新的突破。Ti3C2Tx是压力传感领域研究最多的MXene,具有良好的机械性能、高导电性、优异的亲水性以及广泛的可修饰性,是理想的压力传感材料。因此,近些年研究者们对MXene在压力传感器中的设计和应用进行了大量探索和研究。本文总结了MXene的制备技术和抗氧化方法。同时介绍了基于MXene的微结构设计,包括气凝胶/多孔结构材料、水凝胶、柔性衬底和薄膜。该类设计有利于提高压力传感器的响应范围、灵敏度和柔韧性,促进了压力传感器的快速发展。此外,进一步探讨了MXene压力传感器的工作机制,包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式、电池式和纳米流体式等。MXene以其优异的特性而在各种机制的传感器中得到了广泛应用。最后,对MXene材料的合成、性质以及其在压力传感方面的机遇和挑战进行了展望。

石墨烯/聚合物泡沫压阻式应变传感器研究进展

基于石墨烯和聚合物的三维多孔结构的导电聚合物基复合材料(CPCs)具有轻量化、高灵敏度、宽应变检测范围、低成本和可扩展性等优点,已成为可穿戴柔性应变传感器的理想选择。首先,总结了柔性压阻式泡沫应变传感器的裂纹扩展机制、重叠-断开机制和隧穿效应机制;其次,介绍了3种具有多孔结构的石墨烯/聚合物柔性应变传感器的构筑工艺,包括基于聚合物泡沫、基于石墨烯/聚合物混合分散液、基于石墨烯泡沫的方法;然后,综述了通过上述3种工艺制备的柔性多孔应变传感器的传感性能,并列举了其在人体运动监测领域中的应用实例;最后,对基于石墨烯和聚合物的柔性多孔应变传感器面临的挑战和发展前景进行了展望。

构建基于MOF-303的石英晶体微天平用于低湿度传感

通过简单的溶剂热法制备了铝基金属有机骨架MOF-303材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、全自动比表面积和孔隙度分析仪对MOF-303材料的结构进行了表征。对以MOF-303材料构建的石英晶体微天平传感器进行湿度敏感性能测试,结果表明,基于MOF-303材料的传感器在较宽的湿度范围内(3.39%~97.9%RH)表现出优异的湿敏性能,尤其是在3.39%RH低湿度条件下具有高达3200 Hz的响应值,在极低湿度环境检测方面显示出应用潜力。此外,还对MOF-303材料的湿度敏感机制进行了探究。

氢化增强暴露{111}晶面NiFe_(2)O_(4)八面体的气体传感性能及其传感机理

以六水合氯化铁、六水合氯化镍、氢氧化钠和乙二醇为原料,在200℃下水热合成10 h,制得暴露{111}晶面的NiFe_(2)O_(4)八面体。将该产物用于甲醇和三乙胺的传感反应中均表现出良好的气敏活性。通过加氢去除表面的—OH和Cl-离子后,其气体传感性能得到进一步提高。传感性能的增强是由于表面Cl-离子和—OH基团的去除,导致NiFe_(2)O_(4)表面3配位不饱和Fe原子数量增加。以不饱和金属原子作为传感反应的活性位点,提出了一种原子和分子水平的气体传感机制。此传感机制对于设计和制备先进的气体传感器具有重要意义。

金属氧化物半导体一维材料H_(2)S传感器研究进展

金属氧化物半导体具有较好的气敏性,基于金属氧化物半导体H_(2)S气体传感特性得到了广泛研究.然而,随着气体检测精细程度的增加,需要设计具有更优性能的纳米材料,来实现气体传感器检测下限和灵敏度的提高.同其他维度纳米材料相比,一维结构纳米材料由于具有良好的结晶度、较大的比表面积和独特的电子输运特性,在H_(2)S气敏性能提升上有明显优势.因此,本文主要以H_(2)S气体为主体,综述了基于金属氧化物半导体不同一维结构纳米材料的特点和一维结构纳米材料H_(2)S气体传感器的研究进展.讨论了金属氧化物半导体基一维结构纳米材料对H_(2)S气体传感的影响和气敏机理.最后,对金属氧化物半导体基一维结构纳米材料H_(2)S气体传感器的性能改进和未来应用前景进行了展望.

压阻式柔性应变传感器研究进展

在信息时代,传感器已渗透到各个领域。压阻式柔性应变传感器因其优良的柔韧性、可拉伸/弯曲性以及在异形物体表面的“随形”贴合性,在智能穿戴、人机交互、结构服役过程监测等领域发挥了重要作用。压阻式柔性应变传感器一般有填充式、夹层式和吸附式三种结构,三种结构在制备复杂程度、重复性及传感性能等方面均有差异。研究者们多采用传统方法实现结构构筑,但传统方法普遍存在操作复杂、成本高、重复性差等问题,而采用新兴的3D打印技术可以高效、高精度、可重复地构筑传感结构,赋予了传感器更大的发展空间。在构筑压阻式柔性应变传感器时需采用柔性基体材料和导电填料,构筑得到的传感器主要有裂纹扩展、导电网络断开和隧穿效应三种传感机制,传感机制的形成与传感器的微观结构和材料有关。另外,压阻式柔性应变传感器的传感性能通常通过灵敏度、传感范围、耐久性等参数来表征,而如何兼具多项优异性能是目前的研究热点。同时,压阻式柔性应变传感器的配套器件和技术是限制其发展的主要因素,尤其是在供电和信号传输方面。本文归纳了压阻式柔性应变传感器在材料选择、结构构筑、机理探索、性能优化、应用开发等方面的研究进展,分析了压阻式柔性应变传感器目前所面临的问题并展望其前景。

卤化物钙钛矿敏感材料及其气敏传感应用

近年来,卤化物钙钛矿材料的光物理性质被充分研究,因其具有高电子迁移率和双极性电荷传输等特性,在室温气敏传感领域具有广阔的应用前景。本综述介绍了卤化物钙钛矿材料及其气敏传感应用,调研了卤化物钙钛矿气敏传感材料的研究现状,详细探讨了不同体系卤化物钙钛矿气敏传感器在NO_(x)、NH_(3)、H_(2)S、挥发性有机化合物(VOCs)以及其他有毒、有害气体检测方面的性能参数和传感机制,最后展望了卤化物钙钛矿气敏传感器的发展趋势,以期为进一步提高器件性能和拓展器件应用提供参考。

动态采光下中小学教室调光照明“天花—工作面”照度关联性的模拟研究——以北京地区为例

中小学教室的日常照明耗电量大,现今在利用天然光、精准调光控制等方面仍具有较大节能潜力。通过在教室天花布置照度传感器,实时监测教室工作面(课桌面)照度并对照明进行精准线性调光,是进一步充分利用天然光、实现照明智能调光控制的优化方向之一。通过天花传感器测得的照度推导工作面实际照度的关联性研究是保障该照明体系精度和性能的重要研究内容。既有此方向研究多在静态全云天空模型下开展,未考虑晴天下教室的复杂采光状态。本文以北京地区典型中小学南向教室为例,在动态采光条件下,开展教室工作面与天花板天然光照度的时间与空间关联性的模拟研究,得到二者在1~12月的9:00—16:00点内存在较明显线性关系,这一研究结论更贴近实际情况,能够为兼顾教室照明节能优化研究与实践提供方法借鉴,进一步贯彻“采光优先,照明优化”的照明理念。

铜掺杂与氮化碳复合氧化锌材料结构和二氧化氮气体传感性质的密度泛函理论计算

氮氧化物已引发环境污染和危害人类健康等诸多问题.然而,氧化锌基传感器件在监测时存在响应和恢复时间长、核心材料和传感反应过程中间体结构不明确、传感机制不清楚等缺点.为应对这些挑战,采用了全电子密度泛函理论探索铜掺杂氧化锌(标记为ZOC)及其复合物材料的结构和对NO_(2)的传感反应;计算了复合物ZOC/CN和ZOC/Gr,并与纯ZnO进行对比,其中CN和Gr分别代表二维材料石墨型氮化碳和石墨烯.计算显示, ZOC具有Cu-Zn杂核双金属活性吸附位点;铜的引入增大了金属成分对最前线占据轨道贡献,使得ZOC可同时通过Cu/Zn-O供体作用和反馈供体作用吸附NO_(2);其吸附自由能相比ZnO增大0.27 eV.这很好地解释了铜掺杂氧化锌有更快NO_(2)响应时间的实验结果.进一步复合CN能够提高NO_(2)传感性能:ZOC/CN具有最大的NO_(2)吸附能、很小的吸附第二个NO_(2)上坡能(决速步)和较大的硝酸盐生成能.通过电子结构、反应能和界面相互作用计算,揭示了传感NO_(2)的反应机制.本工作为理解金属掺杂和材料复合等合成策略以及筛选有潜质敏感材料奠定了理论基础.

微结构化柔性压力传感器的性能增强机制、实现方法与应用优势

柔性压力传感器具有易共形、高灵敏、快响应等特点,是发展物联网、可穿戴电子、触觉人工智能等领域的关键核心器件。通过敏感功能材料开发、功能层微结构设计、微纳制造方法优化等策略,可提升柔性压力传感器的综合性能,扩张其应用场景。其中,功能层微结构的创新设计被普遍认为是增强柔性传感器性能最有效的手段之一。本文综述了近年来基于微结构化的柔性压力传感器的最新研究进展,围绕微结构对于柔性压力传感器性能增强的机制、微结构的设计与实现方法以及微结构化柔性压力传感器在人机交互、医疗健康等领域的应用等方面进行详细阐述,并在此基础上对其未来发展方向进行展望。

基于石墨烯/聚丙烯酸三维多孔材料的高灵敏高稳定性柔性压阻材料的制备及其应用

以氧化石墨烯为前驱体制备石墨烯三维多孔材料(3D-rGO),并将其破碎重组装与聚丙烯酸弹性基底(PAA)进行复合,制得石墨烯/聚丙烯酸三维多孔复合材料(3D-rGO/PAA)。通过扫描电镜观察发现3D-rGO/PAA呈现微观无序的导电网络结构,仍保持部分多孔结构,且互相搭接的石墨烯片层之间存在大量接触点;PAA基底的引入,使得复合材料具有可拉可压双重压阻效应以及优异的柔性和贴合性。对微观形貌与力敏传感性能的关系进行研究发现,在受到外部应力时,石墨烯导电网络重新构建引起接触电阻的变化,而片层间大量的接触点赋予3D-rGO/PAA优异的传感性能,表现出较高的灵敏度、线性度、快速响应性、高机械稳定性(>7 000次),可实时监测腕关节、指关节的运动以及声带的振动情况。

脑室注射和饲料缺乏组氨酸或缬氨酸对翘嘴鳜摄食的调控作用

为研究中枢神经对营养物的直接感知及外周组织的间接感知,以翘嘴鳜(Siniperca chuatsi)为试验对象,通过脑室注射和饲料缺乏方式探索组氨酸或缬氨酸对翘嘴鳜摄食的影响。脑室注射试验中,对照组注射磷酸盐缓冲液(PBS),试验组注射组氨酸或缬氨酸或同时注射一般性调控阻遏蛋白激酶2(general control non-derepressible-2,GCN2)的抑制剂GCN2iB,检测注射后1 h和4 h翘嘴鳜的摄食量变化。饲料缺乏试验中,对照组投喂氨基酸完全饲料,试验组投喂组氨酸或缬氨酸缺乏饲料,检测翘嘴鳜的摄食量、GCN2信号通路相关因子及食欲基因的变化。结果显示,与对照组相比,注射组氨酸或缬氨酸均显著降低了翘嘴鳜的摄食量;同时注射GCN2iB和组氨酸可使翘嘴鳜的摄食量恢复至正常水平。与对照组相比,投喂缺乏组氨酸或缬氨酸的饲料,翘嘴鳜的摄食量显著减少,且GCN2信号通路下游激活转录因子4(activating transcriptional factor 4,atf4)mRNA表达水平显著降低,下丘脑中食欲因子神经肽Y基因(neuropeptide Y,npy)的mRNA表达水平显著降低,但刺鼠相关蛋白(agouti-related protein,agrp)、促黑素细胞皮质素原(pro-opiomelanocortin,pomc)、可卡因-苯丙胺转录调节肽(amphetamine-regulated transcript,cart)基因的mRNA表达水平无显著变化。综上所述,组氨酸和缬氨酸通过脑室注射和饲料缺乏的方式均可抑制翘嘴鳜摄食,且翘嘴鳜摄食行为的变化与GCN2信号通路有关,饲料缺乏组氨酸或缬氨酸可能是通过下调促食欲因子npy基因的表达起到抑食作用。

检测活性硫物种小分子荧光探针的研究进展

总结了近两年来检测生物硫醇、H2S以及SO2衍生物荧光探针的研究现状,着重讨论了探针设计的传感机制、传感性能和生物应用方面的特征。检测生物硫醇方面,主要介绍了涉及多反应位点的多通道探针用于区分谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy);检测H2S方面,重点介绍了基于叠氮基还原和亲核反应这两种机制设计的探针;检测SO2衍生物方面,主要总结了根据迈克尔加成法和醛的加成机制设计的探针。这为构建新型荧光探针以研究活性硫物种的生理和病理作用奠定了基础。

中科院苏州纳米所提出超材料吸收器结构与微流通道一体化

中国科学院苏州纳米所陈沁课题组提出超材料吸收器结构与微流通道一体化集成的折射率传感器方案。受益于其特有的谐振局域场传感机制,该传感器在4-9 THz波段展现了高达3.5 THz/RIU的灵敏度,可实现折射率变化小于0.002的检测限。研究成果对推进光学折射率传感技术在生化检测分析的应用具有积极作用。

生物小分子成像用双光子荧光探针

生物体内活性小分子(生物小分子),不仅数量多,涉及到无机小分子,如SO2,H2S,NO与CO等,而更多的是有机小分子,如单煻、低聚糖、激素、辅酶、甘油、刺激因子、调节因子和维他命等;而且在病理、生理等方面有着至关重要的功能,发挥着举足轻重的作用,直接影响身体健康与疾病的发生.因此,对生物体内小分子的实时观测和监控是十分必要的,而双光子荧光探针正是实现这一目标的必选锐器.双光子荧光探针的定点激发、高横向与纵向分辨率、无光漂白性、无光致毒性和组织深度成像等诸多优点而彰显其无与伦比的优越性,可以很好地对细胞或组织内的生物小分子进行实时动态三维观测和监控.综述了近5年来相继开发的CO、单糖(葡萄糖、β-半乳糖苷酶)、SO2、硫化氢、NO、过氧(硫)化物、硫醇/硫酚、1O2、甲醛、HNO、HClO、O2·-和ONOO-等双光子荧光探针,系统全面地剖析了这些双光子荧光探针的传感机制,并展望了生物小分子显微用双光子荧光探针的发展与愿景.