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。

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。

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。

基于富勒醇的单根碳纳米管分散液的制备及表征

采用4种改进的液相氧化法对多壁碳纳米管进行分步化学提纯,并使用富勒醇作为表面活性剂对纯化的碳纳米管进行分散。扫描电子显微镜、红外光谱、拉曼光谱表征结果表明使用NaOH和混酸溶液进行分步提纯的效果最佳,不但可以有效去除碳纳米管中的杂质,还可以在其表面官能化羟基、羧基等含氧基团;实验采用富勒醇作为表面活性剂制备了碳纳米管分散液,结果表明富勒醇可以有效提高碳纳米管的分散性,实验成功制备出均匀的单根多壁碳纳米管分散液。

类积木状ZnO气体传感器的制备及其气敏特性研究

采用水热法合成了类积木状ZnO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)对制备的ZnO纳米结构的物相、化学组分及微观形貌进行了表征与分析。对基于ZnO纳米结构的气体传感器进行甲烷气敏特性测试,测试结果表明:该传感器的最佳工作电压为5 V,在该电压下对体积分数为200×10-6甲烷气体的灵敏度可高达55.4%,最低检测限为1×10-6。

MEMS低频压电振动能量采集器

设计了基于微机电系统(MEMS)的一阶、二阶传动低频压电振动能量采集器,通过压电效应将低频振动能量转化为电能来解决低频(小于200Hz)振动环境中的能量采集问题。一阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁及压电悬臂梁,二阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁、二阶传动梁及压电悬臂梁。数学建模及有限元分析显示:采集器工作频率随一阶、二阶传动梁及压电悬臂梁材料的杨氏模量的减小均呈单调递减的趋势;传动梁的设计可有效降低采集器的高阶工作频率、拓宽工作带宽;而二阶传动梁可以在1g加速度条件下,获得10.98Hz和44.52Hz两个超低频率的电压峰值(分别为3.18V/g和1.33V/g),使系统工作频率降得更低,50Hz以下的有效工作带宽更宽,更适合与低频振动环境匹配进行能量采集。

一种新型瞬变电磁仪发射电路设计

为提高瞬变电磁仪测量的准确度,设计了基于FPGA的瞬变电磁仪发射电路。该电路采用EXB841模块设计驱动电路,实现对H桥路上下臂MOSFET的有效驱动;利用改进的H桥路设计及改变传统桥路的控制策略,实现对MOSFET的超短时间关断;采用RCD吸收保护电路降低尖峰电压干扰,改善发射电路输出波形。试验结果表明,该发射电路的发射信号过压仅为正常信号的1.33倍,振荡时间为500ns,下降沿时间为700ns,实现了发射电流的快速关断,且稳定性好。

硅氢键对波导表面光滑化影响的理论仿真

低损耗高Q值硅基纳米光波导谐振腔,是高灵敏探测器、生物传感器、光通讯器件等发展的关键。而波导表面粗糙度会造成较大的光传输损耗,是制约硅基纳米光波导谐振腔Q值提高的一个重要因素。降低硅基纳米光波导表面粗糙度已成为光波导器件发展的一个关键问题,氢退火工艺是当前改善波导表面粗糙度的一种关键技术。基于表面硅氢键流密度理论,利用Materials Studio软件模拟氢退火光滑化处理过程中硅与氢之间的反应,搜索反应过渡态,探究硅氢键、温度等因素对反应的影响。结果表明:在高温氢退火氛围下,波导表面硅原子与氢原子之间能够形成硅氢键,且温度越高,在硅氢键作用下表面硅原子迁移速率越快,表面由高能态向低能态过渡,表面光滑化效果越明显。

多悬臂梁压电换能器电路的设计与实现

介绍了一种多悬臂梁压电换能器电路。与标准能量采集电路(SEH)相比,三悬臂梁压电换能器电路的理论最大平均采集功率提高了300%。利用Multisim软件仿真,结果表明,三悬臂梁压电换能器电路的最终输出电压为SEH电路的2.11倍;进一步搭建实际电路,其最终最大输出功率为SEH电路的3.12倍,能量转化与利用效率显著提高。

界面润湿性对石墨烯流固摩擦能量输出的影响

为深入了解界面润湿性对流固摩擦能量输出的影响机制,该文利用石墨烯薄膜制作不同界面接触角的俘能结构并进行实验测试。此外,基于分子动力学理论建立Couette模型并进行仿真验证。研究发现,俘能结构输出的电压随着接触角的增大而增加,接触角为69.5°的俘能结构对应输出的电压是0.95 m V,相比接触角为45°时输出的0.57 m V增长67%;输出的电压极性与溶液流动的方向有关;而且电压幅值与溶液流动速度及浓度有关,与流动速度成非线性关系。结合模拟结果提出一种界面润湿性对流固摩擦能量输出效率的影响机制,结果表明:宏观接触角是表征界面对水分子的束缚力的参数,也是影响溶液在界面附近滑移速度的关键因素,溶液离子拖动电子移动速度受滑移速度影响,并将最终决定输出电压大小。

交流电沉积原位制备Au/Cu双金属SERS探测器

为进一步提高拉曼探测器的检测灵敏度、降低制备成本,使用交流电沉积法在预定的微区域内制备Au/Cu双金属纳米枝晶作为表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)基底。通过调节电解液中金、铜离子的浓度配比,制备不同金、铜质量比的SERS基底。以四巯基吡啶作为指针分子,进行激光共焦显微拉曼实验。结果表明:Au/Cu双金属纳米枝晶性能优于单独Au纳米枝晶与Cu纳米枝晶,且铜质量占比为30.1%的双金属SERS基底相比质量占比为13.2%、44.3%的基底具有更高的拉曼活性。从物理增强机理的角度,揭示增强性能与形貌特征的关系,即纳米枝晶分支分布越密集,性能越好。

煤矿环境探测机器人的多传感器系统设计

笔者利用MSP430单片机和MQ-4型CH4气体传感器、MQ-7型CO气体传感器及DS18B20型温度传感器,设计了井下环境监控模块及煤矿环境探测机器人的多传感器系统,并采用超声波传感器和ZigBee无线模块,实现了机器人的智能避障和与指挥中心的无线通信。经过测试可知,当CH4浓度在0.4%～1.0%时,系统可实现对其准确测试。

Cu_2O微晶的晶面可控制备及表征

以氯化铜和NaOH为原料,葡萄糖为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,液相还原可控制备出Cu2O微晶。利用SEM、XRD等表征手段对其形貌及物相进行分析,研究反应温度、反应时间以及PVP加入量对Cu2O微晶形貌结构的影响机理。得出80℃为最佳反应温度,3 h为最佳反应时间,且随着PVP与铜盐的摩尔比增加,{111}晶面与{100}晶面面积比逐步增大,Cu2O微晶的形貌也呈现出立方体、削角立方体到削角八面体的演化规律。