基于纳米发电机的触觉传感在柔性可穿戴电子设备中的研究与应用

柔性可穿戴电子设备因其在人工智能、健康医疗等领域的应用而受到了人们的极大关注.然而,如何降低功耗或实现自供能一直是阻碍其广泛应用的瓶颈.随着纳米发电机与自驱动技术的兴起,尤其以摩擦纳米发电机(TENG)与压电纳米发电机(PENG)代表的研究,为解决可穿戴传感器电源的问题提供了可行的方案. TENG和PENG分别基于摩擦起电效应与压电效应,可以将机械能转化为电能,同时具备可拉伸性、生物相容性和自愈性等优良特性,已经广泛应用于自驱动的触觉传感器的设计制备中,并作为下一代可穿戴电子设备的技术基础展现出巨大的应用潜力.基于该领域的最新进展,本文对TENG与PENG的机理进行概述,对其性能优化途径进行归纳,再结合材料、器件的设计等讨论应力应变与分布、滑移等纳米发电机自驱动传感器的制备与应用研究.最后,对自驱动触觉传感器目前存在的问题与挑战进行讨论,并对未来的发展进行展望.     

可穿戴超声系统的研究进展*

近年来伴随着移动医疗的兴起,以及新材料、集成电路、人工智能领域的不断进步,可穿戴设备在医疗领域得到了迅猛的发展。超声技术作为一种快速、简便和安全的诊疗工具,自诞生之日起就在医疗领域有着众多应用。可穿戴超声系统综合了可穿戴设备和超声技术的优点,有着巨大的发展空间。本文概述了可穿戴超声系统的发展背景和系统组成,着重介绍了近些年来可穿戴超声系统在医疗监测和治疗领域的应用成果,并对可穿戴超声系统的发展前景进行了展望。     

基于光子集成芯片的可穿戴光纤光栅解调研究

为了实现光纤光栅传感器在可穿戴系统中的应用,提出了一种基于硅基光子集成芯片的可穿戴光纤光栅传感解调系统。基于比利时iSiPP50G工艺的光子集成芯片由4×1长波长VCSEL阵列、1×8阵列波导光栅、2×2 MMI耦合器、4×1光纤光栅耦合器阵列、Ge-on-Si波导光电探测器、直波导和弯曲波导等组成。在完成对VCSEL光源金线键合和光子集成芯片光纤耦合封装的基础上,设计了手环式解调电路,对人体温度和心音信号进行了实时测量。实验结果表明:解调系统的动态波长检测范围为1 540 nm～1 560 nm,波长分辨率为0.08 pm,解调精度为5 pm,温度监测范围为35℃～42℃,误差为±0.1℃;可检测50 Hz～100 Hz频率范围内的心音信号,可识别出第一心音和第二心音,并计算出心动周期、心率、第一心音时限、第二心音时限和心力等特征参数。     

柔性纤维状超级电容器的研究进展

随着柔性电子产品的不断发展,纤维状超级电容器(fiber-shaped supercapacitors, FSCs)凭借其重量轻、体积可控、弯曲拉伸性能好、可编织等优点引起了广泛关注. FSCs凭借着独特的一维纤维结构,可以与其他各类用电器件和发电器件等复合成多功能集成柔性电子器件,在可穿戴电子织物领域有着巨大的应用前景,被人们寄予了厚望.本文叙述了FSCs的最新进展,首先介绍了不同的纤维基底并分析了各自的优缺点;接着,总结了用于FSCs的碳材料、金属氧化物、金属硫化物、导电聚合物和混合纳米复合材料等电极材料,通过分析不同电极材料之间的区别和特性,表明不同的电极材料适用于不同用途的FSCs;然后,总结了FSCs在与其他元器件复合形成集成器件方面的应用,包括与一般用电器件、传感器、其他光电转化等发电器件集合成复合器件并应用到实际场景;最后,通过总结近年来FSCs研究所取得的成果,概述该领域当前面临的挑战,针对性地提出了目前FSCs发展的瓶颈和问题,并提出了对未来发展方向的设想和建议.     

高性能ZnS∶Cu基力致发光弹性体及其在视觉交互织物中的应用EI北大核心CSCD

随着柔性电子领域的不断发展,人们对可穿戴设备的智能化需求逐渐增多。其中,具有视觉交互功能的智能发光纺织品因其应用场景和功能的多样性引起了人们的广泛关注。ZnS∶Cu基力致发光弹性体仅在受到机械应力下就可以实现可见光的发射,具备可循环的力-光可视化传感特性,在智能发光服装方面有着潜在的应用价值。本文通过弹性聚合物基体网络结构调控、Al_(2)O_(3)纳米粒子掺杂的方法来增加应力传递位点,从而提高ZnS∶Cu复合弹性体的发光强度。通过挤出包覆、3D打印、丝网印刷等工艺实现了力致发光智能织物的连续化和图案化制备,改善了力致发光纺织品的力-光转换的灵敏度和穿戴舒适性问题,其在可穿戴传感、运动健康监测、智慧交通警示等方面具有潜在的应用价值。     

钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的B位工程（英文）

卤化铅基钙钛矿单晶（SC）X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而，铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX3杂化钙钛矿具有多种结构，通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相结合。在这篇展望中，我们总结了钙钛矿SC X射线探测器的最新进展，提供了从铅基到无铅再到无金属的B位工程概述。随后，提出了未来钙钛矿可穿戴电子器件的前景。我们希望这篇展望将为结构设计提供有益的指导，以实现高效、环保的钙钛矿可穿戴电子器件。     

蛋白质基忆阻器研究进展

忆阻器作为一种可实现高密度、多功能、低功耗、多级数据存储的新型电子元器件,为电路结构设计、信息存储理论及突触仿生模拟等领域带来了重大变革.在广泛的忆阻器种类中,蛋白质基忆阻器由于具有结构可控降解、原料丰富低廉、生物兼容等优势,在可植入计算、人机交互、人机结合等前沿信息技术领域有着其他材料基忆阻器无可比拟的天然优势,因此被视为是构建下一代高科技信息电子产品最具潜力的候选者.本文归纳了近期蛋白质基忆阻器的研究进展,首先总结了部分蛋白质的研究进展,包含被广泛研究的鸡蛋白蛋白及性能优越的人工重组蛋白等,然后进一步介绍了蚕丝蛋白基忆阻器的研究历程,详细介绍了功能化策略所带给蚕丝蛋白基介观忆阻器的性能提升,并分析了功能化蚕丝蛋白结构与性能之间的构效关系.最后对蛋白质基忆阻器性能进行了综合分析,并展望了该生物电子器件的未来发展契机.     

导热高分子聚合物研究进展

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m^-1·K^-1),热管理(散热)面临严峻的挑战.理论及实验工作表明,先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率. Fermi-Pasta-Ulam (FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率.广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体:拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m^-1·K^-1,拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m^-1·K^-1.首先,本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展,并讨论了导热高分子聚合物的制备策略;然后,讨论了在传热机制及宏量制备方面,高分子聚合物研究领域所面临的新挑战;最后,对导热高分子的热管理应用前景进行了展望.例如,导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿...     

硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域研究进展

近年来,伴随着柔性电子产业的快速发展,发光显示作为可穿戴集成器件中必不可少的组成部分,人们对其提出了柔性、可拉伸性、自愈合性等额外的需求。基于硫化锌材料的电致发光器件由于发光寿命长、发光组件结构简单等优点,在智能可穿戴领域得到了广泛的研究和关注。本文对硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域的研究进展进行梳理和总结,主要介绍了硫化锌电致发光材料的发光机理、研究热点及未来应用,以期对智能可穿戴领域起到有益的启示和指导作用。     

单边核磁共振传感器研究及其应用

单边核磁共振(single-sided NMR)传感器具有体积小、造价低和结构开放等特点,特别适用于大型样品的现场无损检测,具有广阔的应用前景.该文介绍了一种均匀度较高的单边核磁共振传感器,在10 mm×10 mm的水平目标区域内,静态磁场均匀度为338×10–6,在垂直方向上静态磁场具有4.6 T/m的恒定梯度.结合该磁场分布的梯度特性,提出了一种基于快速傅里叶变换和带通滤波处理的回波信号处理方法,可提取薄层样品的核磁共振信号,从而实现对样品纵深方向的高分辨率一维测量(分辨率达到50?m).最后使用该传感器对复合绝缘子高分子聚合物、液体的扩散行为,以及植物叶片的枯萎过程进行了测量.展现了该方法在高分子材料分析、液体测量以及农业应用方面的潜力.     

一种中红外带间级联激光甲烷传感器的研制

甲烷(CH_4)是大气环境监测、工业过程控制、煤矿生产安全等多个领域中需重点监测的气体之一,研制CH_4传感器具有广泛的应用价值。利用CH_4分子在3.31μm附近的基频吸收带并选择其在3038.5cm~(-1)的吸收线作为目标谱线,研制了一种基于中红外室温、连续、单模带间级联激光器(ICL)的CH_4传感器。该传感器采用可调谐激光直接吸收光谱技术以及长光程(54.6m)吸收光谱技术测定CH_4气体浓度。自主研制了高灵敏、低功耗的激光器温度控制器和电流驱动器,编写了基于LabVIEW的数据产生、采集与处理程序。利用体积分数为2.1×10~(-6)的CH_4标准气体和气体稀释系统配备了不同浓度的CH_4气体样品,开展了传感器的性能测试实验。根据传感器标准差的分析结果,当采样周期为2.5s时,传感器的1σ检测下限约为1.1×10~(-8)。利用该传感器对室外大气中CH_4浓度进行了连续84h的监测,结果证实了所研制CH_4传感器的工程实用价值。     

自支撑单晶氧化物薄膜的应用研究进展

随着柔性电子的迅猛发展,越来越多的新型智能可穿戴电子设备,逐渐改变人们的生活方式.同时,可穿戴器件小型化、柔性化、集成化、低功耗等需求不断提高,对柔性功能材料的要求越来越高,特别是亟需具有丰富功能特性的氧化物薄膜材料.近年来,随着薄膜生长与剥离技术的进步,自支撑单晶氧化物薄膜被开发出来.由于其脱离衬底束缚展现出优异柔性特征的同时,保持了丰富的磁、电、光、热、力等功能,在信息存储、智能传感、生物医疗、能源等领域具有广泛的应用前景.本文从自支撑氧化物薄膜的制备技术出发,展开介绍了基于铁电、压电、铁磁、金属-绝缘体转变等物理效应的晶体管存储器、能量收集、纳米发电机、应变传感器、储能器件及超导等方面的应用.     

可拉伸超级电容器的研究进展:电极、电解质和器件

可拉伸超级电容器因在可穿戴电子和健康监测等领域的潜在应用而受到人们的广泛关注,它不但具备普通超级电容器功率密度高、循环寿命长、安全、成本低等优点,而且良好的柔软性和可拉伸性使其能够很好地与可穿戴系统进行集成.本文对已有文献中可拉伸电极/器件的制备方法进行归类、分析,详细总结了可拉伸电极/器件的三种制备方法,即弹性聚合物基底、可拉伸结构设计以及弹性聚合物和可拉伸结构结合;另外,还介绍了多功能可拉伸超级电容器和高弹性凝胶电解质的研究进展;最后,分析总结了可拉伸超级电容器未来发展中仍需面临的一些挑战.期望能够激发更多的研究创造以推动可拉伸超级电容器的实际应用.     

光纤Bragg光栅传感器在桥梁工程中的应用

本文概述了光纤Bragg光栅传感器(FBG)的组成、原理、类型及特点，介绍了目前光纤Bragg光栅传感器在国外桥梁工程中的研究及应用情况以及国内应用实例，并分析了现有应用的不足之处，指出了光纤Bragg光栅传感器在桥梁结构健康监测应用中的发展方向。     

自驱动柔性生物医学传感器的研究进展

柔性传感器是生物医学领域的研究热点,受到了广泛的关注.然而,柔性传感器需要外部电池供能,续航时间短,这成为了制约其发展的瓶颈.自驱动电子器件概念的提出,为解决续航问题提供了重要思路.本文梳理了自驱动柔性生物医学传感器的最新研究进展,从原理、材料、器件和生物医学应用等角度出发,概述了不同自驱动技术在人体生理信号传感方面的技术特点与研究现状,重点介绍了部分穿戴式和植入式自驱动柔性传感器在人体的呼吸、脉搏、温度监测和人工感觉器官中的代表性研究工作.最后,本文还对自驱动柔性生物医学传感器当前的挑战和未来的发展趋势进行了展望和总结.     

借与玫瑰精B和孔雀石绿的显色反应测定阿莫西林

在弱碱性条件下,玫瑰精B(RHOB)或孔雀石绿(MALM)与阿莫西林反应生成红色或绿色离子缔合物,产生明显的褪色现象。RHOB体系的最大负吸收波长位于584nm,MALM体系产生两个可用于定量分析的褪色峰,其最大和次大负吸收波长分别位于634、612nm;线性范围均为0—5.5mg/L,表观摩尔吸光系数(ε)分别为1.11×104(RHOB体系)、1.36×104和1.23×104L.mol-1.cm-1(MALM)。阿莫西林在一定浓度范围内遵从比耳定律,由此建立了测定阿莫西林的可见分光光度法。探讨了适宜的反应条件、主要分析化学性质、方法的精密度及可靠性。方法用于市售阿莫西林药物中阿莫西林的测定,结果满意。     

光电功能材料

O304.12 2004064458 Si基光电子学的研究与展望=Study and prospect of Sibased optoelectronics[刊,中]/彭英才(河北大学电子信息工程学院.河北,保定(071002)),ZHAO X W…∥量子电子学报.—2004,21(3).—273-285 评论了Si材料技术、纳米技术、微电子技术以及光电子技术为一体的新型交叉学科Si基光电子学,近年来在直接带隙Si基低维材料的设计、晶粒有序Si基纳米材料的制备与稳定高效Si基发光器件的探索等方面所取得的若干重要研究进展,并预测了全Si光电子集成技术的未来发展趋势。图8参62(杨妹清)     

材料封装型光纤布拉格光栅宽温域应变传感性能研究

针对用于高温油气井下的光纤布拉格光栅(FBG)传感器弹性封装材料宽温域应变问题,将奥氏体不锈钢材料和试制的铌基恒弹合金材料设计加工成弹性应变元件,并将FBG粘贴于其上封装成传感器.在30～250℃宽温域范围内对两个传感器施加拉力进行应变传感实验,对比研究了两种材料的应变传感性能.结果 表明:两种合金材料在不同温度下的应变响应线性度均超过0.999;但随着温度的升高,两种合金材料的应变响应灵敏度有下降趋势,重复性降低,迟滞增大,温度影响弹性材料的应变传感性能;在30～250℃温度范围内,用试制的铌基恒弹合金材料封装的传感器在重复性、迟滞、线性拟合度和灵敏度稳定性方面均优于奥氏体不锈钢材料封装的传感器.因此试制的铌基恒弹合金可用于宽温域FBG传感器的弹性封装材料.     

采用单个压电传感器的单模式兰姆波激发频率的选择

考虑了压电传感器(PZT)与板之间的耦合作用,从理论上研究了单个压电传感器激发时产生单模式兰姆波的频率调节方法,实验给出了模式选择在兰姆波结构健康监测中的应用. 在板材、板厚以及PZT尺寸一定的情况下,从理论上能够预测到作为频率函数的各兰姆波模式的幅值变化. 根据某特定兰姆波模式的幅值最大而其他模式幅值相对最小时所对应的频率,即可识别出该兰姆波模式优化的激发频率. 数值仿真验证了理论的有效性以及单模式兰姆波选择的可能性. 在不同的激发频率下,分别激发了优化的A0 模式,优化的S0模式以及共存的A0和S0模 关键词： 兰姆波 压电传感器 激发频率 结构健康监测     

硅基光波导化学传感器研究

研究了基于硅基集成光波导的马赫-曾德干涉仪(MZI)型化学传感芯片的设计、制备及相关敏感特性的模拟和分析.传感芯片采用硅基二氧化硅光波导材料,利用与传统互补型金属氧化物半导体(CMOS)兼容的工艺技术制作.通过波导的单模设计以及对MZI结构的优化,获得了有效折射率分辨率达到10-7量级的高灵敏度传感芯片.作为化学传感器,把MZI的其中一臂设计成传感臂.并进行适当的表面修饰,可制作出高灵敏度的干涉型光波导化学传感器.最后,对该传感器的折射率分辨率、敏感特性等进行了分析、模拟,同时,对面临的关键问题进行了分析和讨论.