用于芥子气检测的ICT荧光探针及其薄膜基气相传感器

芥子气(Sulfur Mustard, SM)的快速检测是有效应对SM释放与泄漏危害的关键,能够显著促进医疗救助与健康防护工作的顺利开展与高效执行。本文综述了用于SM检测的分子内电荷转移(Intramolecular Charge Transfer, ICT)荧光探针的研究现状,总结了4种ICT荧光探针的传感机制;通过分析探针的结构与性能探讨了此类探针及其薄膜基气相传感器的应用,并指出未来的薄膜基SM传感器应具备高稳定性、高灵敏度、快速响应以及裸眼可视化等特性。

可延展压电薄膜基底结构界面脱粘的预测与调控

调控薄膜基底结构的表面不稳定性已被成功应用于制备可延展的新型电子设备中。然而,该类电子器件在工作中需要承受外部载荷作用,致使薄膜-基底结构界面处残余应力集中,容易诱发薄膜电子器件与基底脱粘与分层。该文将从理论分析和数值仿真角度,研究压电薄膜在柔性基底表面上的失稳特性。由于压电薄膜变形具有大位移小应变的特点,该文基于非线性Euler-Bernoulli梁理论与能量最小化原理,建立压电薄膜基底结构无屈曲、褶皱、局部屈曲及全脱层屈曲模式的理论分析模型;从能量角度定量分析了薄膜-基底结构4种模式相互演变的临界条件;通过数值仿真,验证了该文解析结的有效性,定量、定性的讨论了薄膜基底结构的材料、几何参数对4种模式演变的影响。研究结果表明:改变基底弹性模量、预应变、物理场强度和界面粘附系数能够调控压电薄膜基底结构的屈曲模式;通过调控温度变化量和电压的方式,能够实现对压电薄膜基底结构的失稳特性精细化调控。该文的研究结果将为提升薄膜基底型的电子器件的稳定性及优化设计提供理论支持。

薄膜基荧光气体传感器中的涂层化学

近年来,高性能薄膜基气体传感器的研制备受关注,所涉及的涂层化学已经成为物理化学学科发展的一个热点。传感因分析物与敏感层(涂层)物质相互作用引起薄膜特定静态及动态物理量变化而实现,因此,薄膜传感性能势必受到敏感层物质种类和敏感层微纳结构等因素影响。就薄膜基荧光传感而言,荧光敏感物质的结构和性质对薄膜传感性能起着至关重要的作用。同时,因毛细凝结、色谱效应、尺寸效应、分子间相互作用等因素的存在,敏感层微观结构也极大地影响着薄膜的传感性能。本文结合课题组近期研究工作,简要讨论薄膜基荧光气体传感器研究中的涂层化学基本问题,以及相关薄膜基荧光传感器在隐藏爆炸物、毒品、挥发性有机污染物检测/监测等方面的应用探索。最后,文章展望了薄膜基荧光气体传感器的发展前景和所面临的主要挑战。

薄膜基板中填充孔工艺的研究

在微波混合电路和多芯片模块中,填充孔相比于传统电镀通孔在解决微波接地、芯片散热和微组装工艺问题等方面具有很大优势。利用填充孔工艺使微波电路的设计更加灵活;由于填充孔消除了组装时通孔溢出导电胶或焊料过多的现象,提高了组装工艺效率。对薄膜基板上填充孔的制作工艺进行了深入研究,并对其电参数、散热性能和可靠性进行了测试和评估。最后,将采用填充孔工艺的薄膜基板应用于限幅低噪放和锁相源产品中,测试结果表明产品性能和散热效果均有明显提高。

微点焊技术在薄膜基板焊接中的应用

概述微点焊接的工作原理和技术特点,以及用于薄膜铂电阻温度传感器中的薄膜基板上细小金属引线的微点焊技术。

微点焊技术在薄膜基板焊接中的应用

概述微点焊接的工作原理和技术特点,以及用于薄膜铂电阻温度传感器中的薄膜基板上细小金属引线的微点焊技术。

薄膜基底结构界面裂纹应力和电场集中因子分析

为满足工程机械中对薄膜基底结构力学性能的精确评价,基于力电耦合有限元法对垂直于薄膜基底结构间界面裂纹问题进行分析。研究了力电载荷作用下薄膜基底结构裂纹长度、厚度对裂纹尖端附近应力场和电场的影响,并对压电界面裂纹应力集中因子和电场集中因子进行求解。数值算例结果表明:电场强度在裂尖附近靠近薄膜的地方电场集中明显,且薄膜内的电场强度值大于基底内的值;随着界面处裂纹长度的增大,应力分量及电场强度值越大;薄膜与基底厚度比越小,应力分量及电场强度值越大,且变化越来越明显。

大日本印刷等开发薄膜基材上印刷电路技术

大日本印刷和日本微电子开发出了利用印刷技术在PET薄膜等通用塑料基材上形成Cu电路图案的技术。首先使用含有纳米尺寸Cu粒子的墨水采用喷墨技术印刷，然后利用微波等离子照射进行烧结。由于烧结使用微波等离子，因此温度仅需＋150℃左右，时间可缩短至数十秒-数分钟左右。这样，可在使用Cu墨水的情况下利用通用塑料基材。由于Cu粒子的密着性较高，因此可形成小于30μm的电路图案。

塑料薄膜基板太阳能电池的研制

太阳能作为优质的清洁能源,从20世纪50年代就开始被利用。但是与其他能源相比,能源转换效率偏低,且造价偏高,长期影响了太阳能的广泛利用。为了促进作为优质分散电源的太阳能的有效、实际利用,追求资源节约及与环境的协调性,富士电机集团集中力量研究开发出了塑料薄膜基板太阳能电池,并研制了独特的工艺和大批量生产设备。文章介绍了这种电池的成品化研发过程,就降低其制造成本、提高产品性能等的技术开发与产品特征进行了介绍。

基于辛Runge-Kutta方法的棋盘形褶皱二维薄膜-基底结构动力学特性研究

基于力学屈曲原理的褶皱薄膜-基底结构已成功应用于制备可延展无机电子器件。然而,该类电子器件在应用时需要服役于复杂动态环境中,针对棋盘形褶皱薄膜结构的动力学问题鲜有研究,此问题又是该类电子器件走向实际应用需要解决的关键问题之一。本文首先采用能量方法,分别计算了二维薄膜的弯曲能、膜弹性能和柔性基底中的弹性能以及薄膜动能;然后采用拉格朗日方程,推导出了该结构的振动控制方程;而该方程为非线性动力学方程,无法给出其解析解;因此,本文采用辛Runge-Kutta方法对其进行数值求解;数值结果表明,辛数值方法具有长期稳定的特性和系统结构特性,为高精度的可延展电子器件的动力学问题研究提供了优异的数值方法。

石墨烯基薄膜的表面改性与电输运性能研究

文章以天然鳞片石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨烯(graphene oxide,GO)薄膜,再利用氮离子注入和热处理得到表面改性的氮掺杂还原氧化石墨烯(nitrogen-doped reduced graphene oxide,NrGO)薄膜;利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)表征并系统研究氮离子注入对石墨烯基薄膜表面形貌和微观结构的影响。结果表明:氮离子注入会造成石墨烯基薄膜表面层内碳原子的缺失和氮原子的替代掺杂,从而在NrGO薄膜表面层内实现氮掺杂并产生纳米级孔洞;氮掺杂氧化石墨烯(nitrogen-doped graphene oxide,NGO)薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)高达10.86%,热处理后的NrGO薄膜表面层氮掺杂量(质量分数)可达9.90%;I-V测试发现,氮离子注入和热处理对石墨烯基薄膜的电输运性能也产生显著影响。

载荷对非晶碳基薄膜腐蚀磨损性能的影响

腐蚀环境条件下的动力件经受腐蚀和磨损的双重损伤,载荷的往复作用使得金属表面的钝化层失去作用而加速损伤,非晶碳基薄膜在腐蚀和摩擦领域展现出优异的防护性能。为了研究载荷对非晶碳基薄膜腐蚀磨损性能的影响,明确各个损失分量随载荷的变化关系,采用磁控溅射在304不锈钢表面制备了a-C薄膜、a-C:Cr薄膜和a-C:Si薄膜,通过动电位极化测试3种薄膜在5.0 mol/L HNO_(3)条件下的静态腐蚀行为,同时结合3种薄膜在去离子水和5.0 mol/L HNO_(3)环境下的不同载荷作用的磨损量,分析研究了载荷对腐蚀摩擦过程中各个分量的影响。结果表明:Si掺杂使a-C薄膜的腐蚀电流密度从1.11×10^(-6 )A/cm^(2)降低至3.96×10^(-7 )A/cm^(2),Cr掺杂后腐蚀电流密度略微降低;随着载荷的增加3种薄膜的腐蚀损伤分量降低,机械磨损分量相应增加,对应的腐蚀-磨损交互作用对薄膜的损伤作用减弱。

二维碳基Janus薄膜的研究进展

以碳纳米管(CNTs)及石墨烯为代表的碳纳米材料具有卓越的物理、化学、电学和光学性质。其可控组装的二维碳基薄膜具有高比表面积、高透过率和良好柔性,广泛应用于柔性薄膜、微电子器件及储能领域。在此基础上引入高分子组分结合形成二维碳基Janus薄膜,不仅维持了其导电导热性,还结合了高分子的刺激响应和调控特性,通过非对称特征,实现了物理和化学性质的协同,大幅拓宽了其应用领域。文中综述了二维碳基Janus薄膜的研究近况。首先从物理法和化学法两方面介绍了二维碳基Janus薄膜的制备方法及其优缺点,物理法包括界面成膜法、真空抽滤法和层层组装法等;化学法包含界面聚合及化学接枝等方法。然后总结了二维碳基Janus薄膜在传感、驱动、海水淡化、油水分离等多个领域的应用现状。最后讨论了二维碳基Janus膜的发展前景及面临的挑战。

硅基SiC薄膜制备与应用研究进展

碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法和物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。

聚合物基透明导电薄膜断裂韧性的测量方法

在航空透明件领域,厚聚合物基底上透明导电薄膜的断裂韧性是量化抗开裂性的关键力学特性,因此基于纳米压痕和通道开裂试验评估了薄膜的断裂韧性。采用磁控溅射法将氧化铟锡(ITO)薄膜沉积在聚碳酸酯(PC)基底上。纳米压痕试验中,纳米压痕在ITO薄膜上引起脆性断裂,通过对所得的载荷-深度曲线进行积分来计算断裂韧性;通道开裂试验中,使用原位拉伸法获得开裂应变,并结合力学模型计算断裂韧性。结果表明,不考虑残余应力时,2种测试方法获得了相对一致的断裂韧性,500 nm厚ITO薄膜的断裂韧性为1.62~1.81 MPa·m^(1/2);对于200 nm以下厚度的薄膜或存在大残余应力的薄膜,宜选择通道开裂试验以确定断裂韧性。

纤维素基水凝胶薄膜在食品包装领域研究进展

目的探索石油基塑料的可生物降解替代品,并提高食品的质量和安全性,制备可降解纤维素基包装材料成为当下最有前景的候选方案。方法详细总结纤维素基水凝胶材料的特点、制备技术、在食品包装领域的应用现状和面临的挑战,重点对用于食品包装的高力学强度水凝胶薄膜、抗菌抗氧化水凝胶薄膜、黏附水凝胶薄膜、自愈功能水凝胶和环境响应型水凝胶薄膜等的研究进行综述。结果目前多功能性纤维素基食品包装材料经过数十年的探索发展,已经成为一种制备技术成熟、应用范围广泛的包装材料之一。可持续食品包装是确保食品系统安全的关键因素,在对包装材料质量和产品安全方面进行权衡的基础上,研究并制备纤维素基包装材料是未来食品包装材料的主要发展趋势。

HfO_(2)基铁电薄膜的结构、性能调控及典型器件应用

大数据、物联网和人工智能的快速发展对存储芯片、逻辑芯片和其他电子元器件的性能提出了越来越高的要求.本文介绍了HfO_(2)基铁电薄膜的铁电性起源,通过掺杂元素改变晶体结构的对称性或引入适量的氧空位来降低相转变的能垒可以增强HfO_(2)基薄膜的铁电性,在衬底和电极之间引入应力、减小薄膜厚度、构建纳米层结构和降低退火温度等方法也可以稳定铁电相.与钙钛矿氧化物铁电薄膜相比, HfO_(2)基铁电薄膜具有与现有半导体工艺兼容性更强和在纳米级厚度下铁电性强等优点.铁电存储器件理论上可以达到闪存的存储密度,读写次数超过1010次,同时具有读写速度快、低操作电压和低功耗等优点.此外,还总结了HfO_(2)基薄膜在负电容晶体管、铁电隧道结、神经形态计算和反铁电储能等方面的主要研究成果.最后,讨论了HfO_(2)基铁电薄膜器件当前面临的挑战和未来的机遇.

可生物降解改性淀粉基薄膜的特性及应用研究进展

石油基塑料制品滥用带来的环境问题日益严重,具有不可再生性的石油资源也日益短缺,导致生物聚合物基材料的出现。淀粉具有可生物降解性和可再生性,可以作为石油基的良好替代品。然而,淀粉基可生物降解薄膜具有机械性能差和亲水性等缺陷,限制了其在商业上的进一步应用。因此,对淀粉进行物理或化学改性是改善薄膜特性的主要方法之一。本文介绍了淀粉的多尺度结构特性,综述了制备生物降解薄膜的淀粉改性方法及研究进展。重点介绍了改性手段对淀粉基薄膜机械性能、水蒸气渗透性能、透明度和生物降解性等特性的影响,淀粉基材料的性质决定着其应用的方向。最后阐述了淀粉基可生物降解薄膜的应用。改性淀粉基薄膜特性的研究为改善淀粉基薄膜性能提供了一定的理论基础。

双层薄膜与弹性梯度基底三层结构表面失稳分析

硬薄膜/软基底结构的表面失稳问题一直是柔性电子器件的难题,基于此,本文考虑了双层结构与弹性梯度基底间的界面剪切力,建立了双层薄膜/弹性梯度基底模型;利用位移协调条件,理论推导得到了双层薄膜/弹性梯度基底结构的临界应变和失稳波长的表达式并通过有限元仿真,验证了本研究解析解的有效性。在此基础上,应用此解析解进一步研究了弹性梯度基底的材料、双层薄膜结构厚度比等参数对临界应变和波长的影响。结果表明:减小器件层的厚度或者增加封装层的厚度,可以提高双层膜/弹性梯度基底结构的稳定性;当弹性梯度材料基底表面“较软”或器件层“较硬”时,器件层与基底界面的剪切力的影响较大,可以提升三层膜/基结构抵抗界面破坏的能力。本研究成果将为硬薄膜/弹性梯度基底结构的柔性电子器件的制备提供理论支撑。