电镀法制备CoNiMnP永磁薄膜阵列的研究

采用光刻和电镀技术在5mm×5mm×0.2mm的硅片上设计并制备了2000个大小为50μm×50μm的CoNiMnP垂直各向异性永磁薄膜阵列,并对该薄膜陈列的组成、磁性能等进行了分析与测试.结果表明:薄膜阵列的组成为:Co90.32wt％、Ni7.83wt％、Mn0.74wt％、P1.11wt％,阵列垂直方向磁性能为:Hc=59.7kA/m,Br=0.53T,(BH)max=11.3kJ/m3;阵列水平方向磁性能为:Hc=27.8kA/m,Br=53715T,(BH)max=1.585kJ/m3.

NdCl3镀液浓度对电镀CoNdNiMnP永磁薄膜阵列磁性能的影响

基于轻稀土元素-Nd与过渡金属元素-Co之间的铁磁耦合作用提高电镀CoNiMnP永磁薄膜阵列的磁性能,在电镀时引入稀土Nd元素进入CoNiMnP永磁薄膜阵列中,通过改变镀液中NdCl3的浓度而改变CoNdNiMnP薄膜中的Nd含量.对镀液中NdCl3浓度与薄膜磁性能的关系进行了分析与测试,结果表明:室温下,在电流密度为5mA/cm2时,具有垂直各向异性的CoNdNiMnP永磁薄膜阵列被成功地电镀得到.随着NdCl3浓度的增加,薄膜的磁性能提高,当NdCl3浓度增加到0.25×103g/cm3时,薄膜的磁性能达到最大值,继续增加镀液中NdCl3浓度,薄膜阵列的磁性能不再增加.

微纳BNT铁电薄膜阵列制备及性能研究

采用溶胶-凝胶和旋涂抽滤方法,在硅微通道(Si-MCP)衬底的内壁上涂敷前驱物,然后分别在600℃,650℃,700℃和750℃条件下制备Bi3.15Nd0.85Ti3O12/Si-MCP微纳薄膜阵列,并对其结构及铁电特性进行表征.研究结果显示,退火温度越高,Si-MCP内被局域化的微纳薄膜结晶颗粒尺寸越大,同时BNT/Si-MCP微纳薄膜阵列越趋向沿c轴取向,尤其在750℃下制备的薄膜具有表面形貌均匀和c轴取向程度高等优点,且剩余极化强度可达93.8μC/cm2.

基于柔性薄膜阵列压力传感器的抱闸故障诊断

抱闸制动装置广泛应用于工业提升装置、民用曳引式电梯,针对抱闸制动器的运行状态监测和故障诊断,本文提出一种基于柔性薄膜阵列压力传感器的故障诊断方法,运用卷积神经网络(CNN)对传感器的数据进行处理达到故障诊断的目的。本文在LeNet5模型的基础上引入跨连接部分,将网络结构中提取的低层次特征与高层次特征相结合,经过全连接层达到多分类的目的。通过训练来自柔性薄膜阵列压力传感器的实验数据,该模型实现了4种基本抱闸故障和正常状态的自动识别。实验结果表明,改进的LeNet卷积神经网络模型在抱闸故障诊断上的检测正确率达到99.19%,该模型在同一训练数据集上的表现明显优于传统的LeNet5模型。

空间可展薄膜阵列天线构型设计与验证

面向空间天线大型化、轻量化需求,设计了杆膜一体卷曲展开薄膜阵列天线可展结构,实现了我国首个薄膜阵列天线在轨验证。首先,采用瑞利-里兹法建立了考虑张力作用的薄膜天线一阶弯、扭、摆振动频率近似解析模型,推导了薄膜天线框架结构的一阶扭转振动频率近似解,指导了薄膜天线结构动力学特性的快速分析与参数设计,相比于非线性有限元法,具有高效便捷的特点。其次,研究了薄膜天线主梁截面半径、框架长宽比、张力大小等特性参数对天线振动频率的影响,给出了结构参数的优选范围,通过仿真和试验方法验证了参数设计的合理性。最后,介绍了薄膜天线在轨展开验证情况,试验表明在卫星姿态机动扰动下天线结构保持稳定,验证了结构设计的可行性。

微机械陀螺中永磁薄膜表面磁场分布仿真

基于隧道磁电阻效应的微机械陀螺中,磁场的产生和分布是决定器件性能的重要因素。该文以NdFeB永磁薄膜为磁场源,利用基于有限元法的Comsol Multiphysics软件对NdFeB永磁薄膜表面磁场进行系统分析,研究不同薄膜厚度下的薄膜表面磁场分布的均匀性及隧道磁阻敏感轴方向磁场分量的变化率。研究发现,随着薄膜厚度的增加,薄膜表面磁场和磁场变化率也在变大,薄膜厚度为20μm时,薄膜所产生的磁场变化率可达0.43 mT/μm。考虑到薄膜阵列化可以有效抑制薄膜过厚所导致的薄膜与基底附着力变弱的问题,该文通过改变设计参数,研究NdFeB永磁厚膜一维阵列的表面磁场分布。发现阵列单元的厚度和宽度增加时,阵列的磁场强度和磁场变化率也会变大,而间距增加会导致薄膜阵列的表面磁场和磁场变化率降低。

用于三层有源隔声结构误差传感的压电传感薄膜阵列及其优化设计

基于平面声源的三层有源隔声结构系统易于实现且具有良好的低频隔声性能,实现该系统需解决的关键问题是误差信号的检测.本文将压电传感薄膜聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)阵列检测简支梁辐射模态的理论拓展到二维结构,并应用到三层隔声结构实现误差传感的优化设计.根据三层结构中特殊的能量传输规律,对误差传感方案中目标函数的选取、PVDF数目确定以及传感系统优化等问题进行深入分析.研究表明,由于辐射板能量主要集中在有限个振动模态上,只需将少数经固定系数加权的PVDF薄膜输出电流求和即可获得前三阶辐射模态幅值.辐射模态幅值的检测值与理论值符合良好,保证传感精度的同时有效简化了系统.

柔性PDA薄膜阵列用于双模光学检测VOC标志物气体

本研究以亲油性的双面胶作为基底,利用滴涂二乙炔单体结合紫外光聚合来制备均匀的聚二乙炔(PDA)薄膜,通过荧光和颜色两种信号变化模式(即"双模光学检测")研究了PDA薄膜对VOC气体的响应性,发现制备的PDA薄膜在2 min内就可以实现明显的荧光和颜色变化,有效解决了目前PDA薄膜在VOC气体检测方面存在响应速度慢、薄膜均一性差等问题.此外,为解决单一PDA薄膜的交叉响应性问题,本研究制备了四种不同的基于双面胶基底的PDA薄膜,并将制备的4种PDA薄膜集成到一片PDMS薄膜基底上来构建柔性的传感阵列,利用阵列的颜色变化结合模式识别技术,实现了对8种VOC气体的快速、灵敏区分.进一步将制备的PDA薄膜阵列用于健康人、模拟糖尿病及肾病患者呼出气体中VOC标志物的辨别和分析研究,发现可以将三类人的呼出气体清晰地区分,说明了该阵列在呼气疾病诊断中的应用前景.与目前报道的PDA薄膜阵列相比,本研究中基于双面胶基底的PDA薄膜阵列具有气体响应速度快、灵敏性高、柔韧性好、制备工艺简单、成本低、易于大规模制备等优点,有望用于实VOC气体检测研究中.

液相沉积法在铝板上制备TiO_2纳米棒阵列薄膜

本研究为纳米TiO2的负载提供了一条新的途径。采用液相沉积法,将阳极氧化铝(AAO)模板浸入(NH4)2TiF6处理液中而制备了高度有序、均一的TiO2纳米棒阵列薄膜。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对样品进行了表征。结果表明,薄膜是由直径约60nm的TiO2纳米棒阵列组成的。未经过热处理的TiO2薄膜的晶体结构是非晶态的,在400℃的空气中焙烧2h转变为锐钛矿相TiO2。

热处理温度对TiO_2纳米管阵列薄膜光生阴极保护性能的影响

在0.5mol/L NH4HF2与1.0mol/L NH4H2PO4的混合溶液中,利用阳极氧化的方法在钛基体上原位合成自组装有序的TiO2纳米管阵列薄膜材料,研究不同热处理温度对薄膜晶型及光生阴极保护能力的影响。结果表明:在外加电压为20V时,对钛基体氧化8h可得到长度为2μm、内径为80nm、外径为100nm的TiO2纳米管阵列;经600℃热处理后,TiO2纳米管阵列具有稳定的管状结构,薄膜电极电位可负移至?0.389V(vsSCE),表现出较佳的光生阴极保护能力。

原位模板法在铝基底上制备TiO_2纳米管阵列薄膜

采用液相沉积法,将铝基多孔阳极氧化铝(AAO)模板浸入到(NH4)2TiF6溶液中,制备出高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,并在不同的温度下进行了热处理。用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪等手段对试样的微观形貌、结构及物相进行了表征。结果表明,TiO2纳米管的形貌依赖于AAO的特征,薄膜是由外径大约200nm,壁厚约40nm的TiO2纳米管阵列组成,薄膜厚度约25μm。原位模板法制备的TiO2纳米管阵列薄膜为非晶态,在400℃空气中焙烧2h转变为锐钛矿相TiO2。经过650℃焙烧仍保持纳米管结构,表现出较好的热稳定性。

低温水热合成钛酸钡纳米管阵列薄膜及性能研究

以二氧化钛纳米管阵列为模版,用水热法合成了钛酸钡纳米管阵列薄膜。讨论了水热温度、水热时间、碱的浓度对其生长形貌的影响。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征了其晶体结构及微观形貌;用热重-差示扫描量热仪测定了材料的热学性能;用宽频介电阻抗谱仪测试了样品的介电性能。结果表明,在低至100℃水热温度下反应6h即可制得单一相的钛酸钡纳米管阵列薄膜。水热时间的延长和较高的水热反应温度有助于提高样品的介电常数。氢氧化钾的加入抑制了钡离子向纳米管阵列中扩散而促使表面颗粒的结晶长大。纳米管的结构转变温度在700～1100℃之间,至1280℃左右时发生相变转变。

基于压电阵列与ACO-Elman神经网络的步态检测系统研究

鉴于压电传感器能够感测压力动态变化,采用柔性聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜阵列作为足底压力检测单元,并提取其测得的压力波形中周期、频率、强度等特征参数作为蚁群算法优化的艾尔曼(ACO-Elman)神经网络的输入信息,通过神经网络训练学习,进而实现人体站立、行走、跑步、跌倒等基本步态活动的分类检测。实验测试结果表明:不同的步态具有各自的特点,基于压电阵列与神经网络的步态检测系统对人体基本活动的预测分类具有较高的准确性,总体正确率超过85%。

硅尖阵列-敏感薄膜复合型阴极真空微电子压力传感器特性的测试

封装、测试了硅尖阵列 -敏感薄膜复合型阴极的真空微电子压力传感器 ,在计算机模拟计算的基础上 ,对封装好的真空微电子压力传感器进行了实物测试 ,得出实物测试场发射电流曲线 (开启电压低 ,发射电流曲线与计算机模拟曲线一样 ,电压 45V时发射电流可达到86mA ,平均每个硅尖为 2 1 μA)、压力特性曲线 (呈线性变化 ,与计算机模拟计算的曲线相近 )及灵敏度数据。电压 1 .5V即可测试并且其压力特性成线性变化 ,灵敏度为 0 .3 μA/kPa。

TiO_2纳米管阵列薄膜光电催化降解甲基橙染料废水

采用电化学阳极氧化法在纯钛表面制备出TiO2纳米管阵列,应用FE-SEM和XRD表征其形貌。以该纳米管陈列薄膜为光阳极,比较了光解、光催化和光电催化对甲基橙溶液降解效率的差异,研究了pH值和外加偏压对甲基橙降解效率的影响,并建立了光电催化氧化反应的一级动力学模型来描述产生这种效果的主要因素。结果表明,在光电催化氧化体系中,TiO2纳米管阵列薄膜对甲基橙具有显著的降解作用;溶液中的电解质、溶液的pH值和外加偏压是影响光电催化效果的关键因素;最佳的降解条件为电解质存在下、pH值为3、外加偏压为1.5V,在该条件下紫外灯照射80min后降解率可达100%。

钛酸钡纳米管阵列薄膜的合成及性能研究

以阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为模板,结合水热法制备了钛酸钡纳米管阵列薄膜。研究了水热反应温度、反应时间对BaTiO3纳米管阵列薄膜表观形貌及电学性能的影响。样品经X射线衍射仪表征其晶体结构;扫描电子显微镜观察其微观形貌;以及使用宽频介电阻抗谱仪测试了样品的介电性能。结果表明,在较低的水热温度下即可制得单一立方相的BaTiO3纳米管阵列薄膜,纳米管壁厚约30 nm,薄膜厚度可达10μm;水热反应温度的升高和反应时间的延长有助于样品的结晶度完善和介电性能的提高;未经热处理的薄膜样品在1 KHz介电常数可达200。

100%填充系数的微透镜阵列薄膜及应用研究

研究了掩模移动法制作一种高填充因子、高垂跨比的柱面微透镜阵列(MLA)薄膜,并应用于有机发光二极管(OLED)平板中来提高输出效率。测试结果显示OLED的输出效率最多可以提高46%,并且没有明显的色差。实验证明具有高填充因子、高垂跨比的微透镜阵列薄膜可以提高各种显示器的光学效率或者平板光源的照明效果。

TiO_2纳米管阵列薄膜的水热晶化

首先在KF和乙二醇的混合溶液中利用阳极氧化技术在钛基底表面制得了一层排列整齐、形貌均一的TiO_2纳米管阵列薄膜,然后将制得的薄膜进行水热处理,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪等表征手段研究了水热处理温度和时间对TiO_2纳米管阵列薄膜表面形貌、结晶度以及管状结构的影响。结果表明:水热处理即使在较短的时间内(如3 h)也可在较低温度下(如210℃)使TiO_2纳米管阵列薄膜由无定形转变为锐钛矿型结构;提高水热处理温度或延长水热处理时间均可提高薄膜的结晶度,但同时纳米管管壁结晶度增加会使管内径变小甚至堵塞,从而破坏管状结构。

基于一维TiO_2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

介绍了一种采用宽禁带半导体二氧化钛纳米管阵列薄膜材料制备β伏特效应同位素电池的方法.通过对金属钛片的电化学阳极氧化制备了垂直定向、有序排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜,研究了退火条件对二氧化钛纳米管阵列薄膜半导体光电性能的影响.通过与镍-63辐射源的集成封装,形成三明治结构镍-63/二氧化钛纳米管阵列薄膜/钛片的β伏特同位素电池.实验结果表明,基于氩气氛围下450?C退火的黑色二氧化钛纳米管阵列薄膜具有高的氧空位缺陷浓度和宽的可见-紫外吸收光谱.在使用β辐射总能量为10 m Ci的镍-63辐射源时,同位素电池的开路电压为1.02 V,短路电流75.52 n A,最大有效转换效率为22.48%.

CuInS2纳米纸阵列薄膜的制备及生长机理

采用溶剂热合成技术,以氯化铜、硝酸铟和硫脲为反应物,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为阳离子表面活性剂,草酸为还原剂,无水乙醇为溶剂,直接在掺氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)衬底上合成CuInS2(CIS)薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、能量色散谱(EDS)、紫外-可见(UV-Vis)反射光谱和透射光谱对样品的形貌、结构、成分和光学性能进行分析.结果表明,在适当的反应物浓度下,在FTO衬底上形成了垂直衬底生长的、具有良好结晶性能的黄铜矿结构的CIS纳米纸阵列薄膜.CIS薄膜中Cu,In,S的原子比为1.1∶1∶2.09,在紫外-可见和近红外波段具有良好的光吸收特性,禁带宽度约1.51 eV.结合不同反应时间制备的CIS薄膜的形貌、结构和成分分析,讨论了CIS纳米纸阵列薄膜的生长机理.