交流电沉积实现微纳器件定向连接研究

使用交流电化学方法定向制备了预制微电极之间的电连接。通过调节交流电压与偏置直流电压幅值可以控制电连接的生长方向。如果施加的交流电压幅值高于生成电连接的电压阈值,并且该值恒定时,频率越小,浓度越大,电连接晶体越粗壮;而当电解液浓度与频率恒定时,电压幅值变化对形貌影响较小。有限元仿真模拟进一步说明:当施加的交流电压高于阈值时,电极处于交流电渗流上游。电极扩散层厚度增加将诱导电极之间电连接晶体的生长。在交流电压上叠加直流偏置电压时,电连接晶体从偏置电压相对较负的一端向另一端生长。伏安特性测试结果表明:该连接具有优异的接触特性。

Ni掺杂SnO_2花状微结构的制备及其气敏特性研究

采用水热法合成了纯SnO_2和4 mol%Ni掺杂SnO_2花状微结构。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对其晶相、成分进行了表征,对制备的纯的和Ni掺杂SnO_2传感器性能进行了测试。实验结果表明:Ni掺杂可以显著改善SnO_2微结构的气敏特性。在最佳工作温度(280℃)条件下,4 mol%Ni掺杂SnO_2传感器对100×10-6甲醇的响应可达到13.0,其响应是纯SnO_2气体传感器的2.4倍。同时,其具有快速的响应/恢复时间(6 s/5 s),较低的检测极限(1×10-6),以及对甲醇的良好选择性。最后,对Ni掺杂SnO_2气体传感器的气敏机理进行了分析讨论。

PdO修饰的SnO_2纳米球的制备及其气敏特性研究

通过溶剂热法和退火处理制备了不同浓度(0 mol%,2 mol%,5 mol%,10 mol%)Pd O修饰的SnO_2纳米球。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对材料的物相、元素种类和形貌进行了表征,并制成气敏元件,对氢气(H_2)进行气敏测试。实验结果表明:5 mol%PdO修饰的SnO_2纳米球气体传感器最佳工作温度为175℃,其对100×10^(-6)氢气灵敏度达到19,是纯的SnO_2纳米球的灵敏度的3倍。最后,对PdO修饰氧化锡纳米球气体传感器气敏机理进行了分析讨论。

Pd掺杂ZnO纳米线的乙醇气敏特性研究

研究以贵金属Pd作为掺杂剂的ZnO纳米线敏感元件的乙醇气敏性能。采用水热法在叉指电极上直接制备出具有c轴取向的ZnO多晶纳米线。用SEM,XRD和EDS分析手段观测了材料的微观结构,并对其乙醇气敏性能进行了测试。实验结果表明:对于体积分数为200×10-6的乙醇气体,Pd掺杂的ZnO纳米线在灵敏度(8.17)、工作温度(325℃)和响应恢复时间(15,8s)上优于纯的ZnO纳米线。最后,对Pd掺杂的气敏机理进行了讨论。

小尺寸金纳米棒的快速制备及影响因素的研究

通过研究十六烷基三甲基溴化铵、抗坏血酸、NaBH_4和AgNO_3的用量,以及搅拌时间、反应时间对无种子生长法制备金纳米棒的影响,筛选出了最佳制备条件,以及各成分对金纳米棒生长过程中的作用。采用可见吸收光谱和透射电镜图对不同条件下所制备出的金纳米棒进行了表征。在室温为28℃,CTAB浓度为0.1 mol/L、AgNO_3浓度为96μmol/L、AA浓度为0.97 mmol/L、NaBH_4浓度为1.5μmol/L,搅拌25 s等最佳条件下,只需反应6 h就能够成功制备出长径比为5且形貌均匀、分散性和稳定性良好、轴宽较小的金纳米棒,且有望应用于水环境中Hg^(2+)的检测。

纳米金-聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备及研究

基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)可成膜的特殊性质,提出了以纳米金为金种,PDMS为基体制备出纳米金-PDMS复合薄膜。首先用三甲基氯硅烷(TMCS)对玻璃衬底进行硅烷化处理,在衬底表面旋涂PDMS薄膜。然后分两步用化学还原法还原氯金酸溶液,制备出纳米金复合薄膜。通过扫描电镜观察纳米金复合薄膜的形貌结构,研究了复合薄膜的紫外可见光吸收曲线。并用半导体特性分析仪(B1500)对不同还原时间的纳米金复合薄膜进行了电学测试。结果表明:复合薄膜光学性质良好,薄膜中纳米金颗粒的数量可以通过调节还原时间来控制,第二步还原14h时可得到电学性能相对较好的复合薄膜。

埋入式多参量传感器系统研究

针对当前结构健康监测系统无法对重大工程结构体的内部变化进行监测的不足,提出了一种基于"汽车级"芯片处理器C8051F530的多参量传感器系统的设计方案。阐述了系统硬件结构组成和软件流程。采用ATA5824射频芯片实现系统中信号采集模块和汇聚节点模块之间的无线射频通信,并运用"自触发"和"指令触发"并行工作模式的方法降低系统功耗。经长时间、多次试运行,结果表明该系统功耗低、性能稳定,可埋入到重大工程结构内部进行实时监测。

碳纳米管可控介电泳参数模拟研究

碳纳米管的结构以及微电极的物性参数是微纳器件制备过程中影响介电泳效率与精度的重要因素。微电极形状和电极间距与碳纳米管长度之比(λ)是两个与器件制造成本紧密相关的可控介电泳参数。本文根据有限元方法,研究了这两个参数对于介电泳力的影响规律。通过对3种电极下的碳纳米管介电泳速度进行归一化处理,结果表明碳纳米管在分散液中的介电泳速度受电极形状影响较小。而相比于电极形状,λ对介电泳力的影响更加显著。虽然电极间距越小越有利于碳纳米管的组装,但是考虑微电极加工难度与成本,认为λ在0.5~1.0为碳纳米管组装的优化区间。根据介电泳组装实验需要,给出了溶液阈值浓度修正表达式。本研究对于提高介电泳组装效率和实验精度具有一定的理论指导意义。

球状ZnS纳米结构的制备及其气敏特性研究

采用两步水热法合成了球状硫化锌(ZnS)纳米结构。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对制得的ZnS纳米结构的晶相、化学组分及微观形貌进行了表征与分析,分析结果表明:制得的ZnS为立方闪锌矿纳米球,平均粒径150nm。同时,对基于ZnS纳米结构的气体传感器进行了甲烷气敏性能测试,实验结果表明:在最佳工作温度(175℃)条件下,该传感器对100×10-6甲烷的响应灵敏度为2.25。

基于双网传输的桥梁健康监测系统应用研究

本文实现了一种基于双网传输的桥梁健康监测系统,该系统主要用于桥梁全寿命性能监测及评估,提出桥梁养护、加固、改建、限载对策,有效地保证桥梁结构的安全使用,具备稳定可行性和技术先进性两大特点,拥有有线和无线传输的优点,可以对各种检测传感器发送的数据进行采集和分析。经过对建设的桥梁进行全方位的检测工作,可以非常有效地把桥梁使用过程中产生的技术数据更好地收集和积累起来,为未来桥梁档案和桥梁技术数据库的建立提供科学有效的理论和实践依据,促进未来桥梁建设事业更好地发展。经测试证明系统长时间工作稳定,可以达到实际监测要求。

基于电容式MEMS器件的静电斥力驱动研究

"粘连"失效常见于电容式静电驱动MEMS器件,通过建立"粘连"失效模型分析得出静电引力驱动机制导致的介质充电是其失效的根本原因。为消除介质充电问题,提出了一种新型的基于静电斥力的驱动机制:通过向固定极板施加电压,利用驱动结构周围形成的不均匀电场在可动极板垂直方向上产生合力,使可动极板向上弯曲运动。结合静电斥力典型驱动结构,通过COMSOL Multiphysics仿真分析结构尺寸、驱动电压与极板最大形变量的关系。仿真结果表明:在静电斥力结构中,驱动电压与可动极板长度呈线性关系,但与垂直间距呈非线性关系,会出现突降。此外,在结构尺寸固定的情况下,驱动电压与极板最大形变量几乎呈线性关系,这与静电引力驱动中无法通过改变驱动电压线性控制形变量不同。

氧化钨纳米纤维的制备及其对H_2S的气敏特性

利用静电纺丝法制备了氧化钨(WO_3)纳米纤维。使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和微观形貌进行表征。分析结果表明:制备的WO_3纳米纤维由众多纳米颗粒组装而成,且平均直径约为200 nm。同时,研究了基于WO_3纳米纤维的气体传感器对H_2S的气敏特性。实验结果表明:在工作温度为150℃时,该传感器对体积分数为2×10^(-5)的H_2S气体的响应达到72,响应时间和恢复时间分别为4 s和21 s,且检测极限为5×10^(-9),表明该传感器在低体积分数H_2S气体检测方面有实际应用价值。

基于阻抗响应的磁弹性传感器共振频率测量系统

建立了一套基于阻抗响应的磁弹性传感器共振频率测量系统,研究了该系统的共振频率测量原理,等效电路模型和磁弹性传感器共振频率测量电路。首先,介绍通过磁弹性传感器阻抗变化获取其共振频率的原理;根据磁弹性传感器对线圈阻抗的影响建立了磁弹性传感器等效模型电路。然后,设计了一种基于片上系统的阻抗测量电路。最后,验证了该磁弹性传感器共振频率测量系统的可行性和可靠性。实验结果表明:该系统测得的频率分辨率小于0.1 Hz,精度为0.5%。与传统网络分析仪系统相比,测量同一Metglas 2826MB材料所得共振频率仅相差60Hz;测量两个长度不同的Metglas 2826MB材料所得共振频率比为0.74,与理论计算值0.8相近。另外,该系统也可用于磁弹性传感器在不同介质中的共振频率测量。得到的结果显示:设计的测量系统完全可取代昂贵庞大的网络分析仪,具有高度集成,强抗干扰,低成本和便携式测量等优点。

基于AD5933的磁致伸缩材料共振频率检测系统

根据阻抗测量法设计了一种基于AD5933的磁致伸缩材料共振频率检测系统,详细介绍了该系统硬件电路及软件设计。该系统采用基于AD5933的阻抗测量模块、基于MSP430F169的单片机处理模块、12864液晶显示模块以及供电模块完成了磁致伸缩材料共振频率的数据采集、处理、存储及图谱显示。测试结果表明,该系统具有测量误差小、抗干扰性强、实时性高的特点,检测误差低至7Hz。

基于MSP430单片机的便携式阻抗测量系统

为了克服现有阻抗测量仪功耗大,体积大,价格高的问题,基于AD5934与MSP430F169设计了一种具有低功耗特性的便携式阻抗测量系统。采用超低功耗的MSP430F169作为主控芯片,通过I2C总线控制基于AD5934的阻抗测量模块完成阻抗的测量,并通过LCD液晶屏显示测量结果。RLC串联回路和R||C电路测量实验表明:该系统能精确测量待测物的阻抗值,并可测其共振频率,相对误差低至0.04%。该系统在功耗和便携性方面实现了创新,与传统的阻抗测试仪相比具有体积小、功耗低、精度高、成本低等优点,可广泛应用于普通电阻电容、水电导率、生物复阻抗等测量。

交流电沉积制备纳米枝晶拉曼基底

使用交流电沉积方法在预定的微区域内制备了纳米枝晶表面增强拉曼散射基底。通过调节交流和偏置直流电压可以控制基底的形貌、位置以及生长方向。从电化学过程、液电耦合场2个角度对拉曼基底的生长机理进行了阐述。激光共焦显微拉曼实验进一步表明:使用四巯基吡啶作为指针分子,该基底具有良好的拉曼活性。

氧化锡纳米球的合成及其对氢气的气敏特性

利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂,将四氯化锡(SnCl_4)溶解在甲醇溶液中,再通过溶剂热法,制备了多孔氧化锡(SnO_2)纳米球。采用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)对合成材料的结构和形貌进行了表征。结果表明,SnO_2纳米球为分布均匀的多孔球。同时,采用旁热式气敏元件结构对样品进行氢气(H_2)敏感性能研究,测试结果证明制作的气体传感器对氢气表现出良好的气敏特性,在最佳工作温度250℃下对体积分数10^(-4)氢气的响应可达到6,最低体积分数检测极限为5×10^(-6),并且响应时间和恢复时间分别为2 s和4 s。

氧化铟微球的制备及其对异丙醇的气敏特性

采用水热法合成了氧化铟(In_2O_3)微球结构。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征分析In_2O_3样品的晶相、元素种类和微观形貌。测试结果表明:合成的In_2O_3为空心的微球结构,且其平均直径约1μm。同时,制备了基于In_2O_3的气体传感器,并对异丙醇的气敏特性进行研究。实验结果表明:在最佳工作温度(300℃)条件下,该气体传感器对体积分数为10-4异丙醇气体的响应可达10.3,响应时间和恢复时间分别为2 s和7 s,且最低检测极限为5×10-7。最后,讨论了In_2O_3材料对异丙醇的气敏机理。

Mn掺杂花状ZnO的合成及其光催化特性研究

采用液相沉积法,在室温条件下制备了不同Mn掺杂浓度(0,0.25%,0.5%和1.0%(摩尔分数))的花状ZnO微结构。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的花状ZnO微结构的物相及形貌进行表征。以甲基橙溶液作为光催化反应模型污染物,对不同浓度的Mn掺杂花状ZnO微结构的光催化性能进行了研究。实验结果表明,Mn在ZnO材料中以两种形态存在,即进入晶格以Mn2+形式替代Zn2+和以Mn3O4形式附着在ZnO材料表面。且Mn掺杂提高了花状ZnO微球结构的光催化活性,当掺杂浓度为0.25%(摩尔分数)时光催化性能最优,紫外光照2.0h后,对甲基橙的光催化降解率可达88.7%。

层状二硫化钼光催化产氢的研究进展

单层或少数层MoS_2是一种具有类石墨烯结构的新型二维层状化合物,拥有超薄的厚度、适宜的禁带宽度及独特的电学和光学性质,在场效应管、气体传感器、光探测器、锂电池和超电容等领域有广泛的应用价值。凭借其边缘悬挂键析氢催化活性高、比表面积大、抗光腐蚀性强等优点,二维MoS_2在光催化应用上展现了良好的潜力。介绍了二维MoS_2多样的晶体结构,分析了其能带可调、可见光吸收及催化析氢等特性,综述了二维MoS_2从电催化析氢到光催化析氢的研究进展,并结合自身研究展望了单层MoS_2作为直接光催化剂的潜在优势及其挑战。