基于微纳结构的高灵敏度柔性压力传感器

近年来,随着互联网和人工智能的发展和普及,轻薄便捷、电子性能优异的柔性压力传感器作为可穿戴电子设备的核心器件,拥有了越来越广阔的市场。柔性压力传感器具有灵活柔韧、可折叠、传感性能优异等优点,因而在电子皮肤、运动检测、医疗监测和人机界面等方面已引起广泛的关注。构筑微纳结构是提高压力传感器灵敏度和传感性能的关键。基于此,本文首先总结了高灵敏度压力传感器的传感机制(压阻式、电容式、压电式和摩擦电式)和关键性能参数(灵敏度、压力检测范围、检测限、响应/恢复时间、循环稳定性和线性度等),然后归纳了利用基材构建表面微纳结构(微凸结构、荆棘结构和褶皱结构)和利用导电材料构建微纳结构(微球结构、海胆状结构、蜂窝状结构)的柔性压力传感器的研究进展及其优缺点,总结了基于微纳结构的高灵敏度柔性压力传感器在脉搏监测、电子皮肤、运动检测和人机界面等方面的应用现状。最后,从今后应用的角度出发,概述了高灵敏度柔性压力传感器即将面临的挑战及未来发展方向。     

三维立体结构微纳电极研究

基于体硅加工工艺和纳米材料技术,研制微电机系统(MEMS)尺度敏感微结构与纳米铂颗粒的复合结构,提高微电极电化学性能,制备具有三维立体微结构的安培型微电极传感器.利用硅的各向异性湿法腐蚀技术在毫米级的工作电极表面实现微米级的锥体形微池阵列,以H2O2为检测对象考察立体电极结构对传感器性能的改进效果,实验证明,立体结构的设计使传感器具有更低的检出限(8 μmol/L)及更高的灵敏度(在 0～200 μmol/L浓度范围内检测灵敏度提高约85%),且具有较好的线性和重复性.利用电化学方法在电极表面沉积铂黑,通过微观形貌分析和电化学特性考察,比较了在平面微电极和立体微电极上修饰纳米材料的效果.立体结构为电沉积铂纳米颗粒提供了更为理想的微环境,改善了纳米材料修饰的效果;立体结构微电极与纳米颗粒的尺寸效应相结合,进一步提高了电极的催化效率和电化学特性.     

微纳结构柔性压力传感器的制备及应用

柔性压力传感器是一种能够感知或监测外界压力变化的柔性电子器件,具备灵敏度高、形变灵活、制备工艺简单等特点,在可穿戴式电子产品、健康医疗、软体机器人、人机交互等新兴领域具有广泛而重要的应用。灵敏度、检测极限、响应时间与循环工作稳定性是柔性压力传感的核心性能指标,微纳结构的引入对提高柔性压力传感器综合性能具有重要作用。本文根据微纳结构的主要类型介绍了基于微纳结构的柔性压力传感器的最新研究进展,包括各种不同形貌微纳结构对柔性压力传感器性能的影响及其在柔性压力传感器中的应用,并对柔性压力传感器未来的发展提出展望。     

二氧化钛纳米粒多孔膜增敏的石英微天平传感器

TiO2纳米粒形成的纳微多孔膜具有比表面积高、透性好的特点。采用TiO2纳微多孔膜作为基体，可将β-环糊精有效地固定在石英微天平表面，与聚苯乙烯包裹β-环糊精的涂层相比，检测对硝基酚的灵敏度提高了12倍。β-环糊精/TiO2纳米粒多孔膜修饰的石英微天平传感器对邻、间、对硝基酚3种异构体具有选择性响应。在pH11、浓度范围0.6-20μmol/L内，其斜率分别是对硝基酚k=71.9Hz/μmol、邻硝基酚49.1HzL/μmol、间硝基酚2.8Hz/μmol。TiO2纳米粒涂层为提高石英微天平传感器的灵敏度和缩短响应时间提供了一个新方法。     

微纳电极阵列检测丘脑底核电刺激引起的纹状体神经元活动变化

丘脑底核(STN)深部脑刺激(DBS)已成为帕金森病的重要外科治疗手段,然而其确切的作用机理尚不明确.本研究采用微机电系统(MEMS)技术制备了一种16通道植入式微电极阵列(MEA),在MEA表面修饰了铂黑-还原氧化石墨烯-Nafion膜(Pt/RGO/Nafion)纳米材料,用于同步检测麻醉大鼠脑内纹状体神经元在STN电刺激前后多巴胺(DA)含量和动作电位(Spike)发放变化.STN-DBS结果表明,电刺激20 s后,DA含量开始升高,最高达1.72 μmol/L,较高浓度状态保持约50 s后回落至正常水平.与此同时, 检测到在DA上升阶段中间神经元Spike发放活动增强,在保持高于DA正常浓度水平阶段,中等多棘神经元(MSNs)放电频率增加.本研究制备的微电极阵列传感器能够实现脑内多巴胺和电生理的原位实时检测,有望成为神经信息检测的有力工具.     

基于周期调节的随机共振算法对化学弱信号的检测研究

提出了一种新的随机共振算法,通过对系统的周期进行调节以实现系统的共振.讨论了实现共振的系统参数,并对模拟信号和拉曼光谱实验信号进行了处理.结果表明,该方法不仅可方便地用于弱化学信号的处理,克服检出信号的滞后现象,而且对不同噪声水平的信号均有良好的适用性.     

卤化物钙钛矿微纳阵列的可控制备及应用

卤化物钙钛矿不仅具有光吸收系数高、激子束缚能低、载流子迁移率高等优异的光电性能,而且具有缺陷容忍度高、低温溶液法生长、带隙可调等传统半导体不具备的优点,迅速成为光电领域的研究热点之一。 在单个光电器件的基础上,开发阵列型器件将推动卤化物钙钛矿在(柔性)光电器件中的应用。 但卤化物钙钛矿因对常规有机溶剂较敏感而与现有光刻工艺不兼容,开发适合卤化物钙钛矿的微纳制作工艺尤为重要。 本文系统归纳了近年卤化物钙钛矿微纳阵列制备采用的各种策略和方法,分析了不同方法的优缺点和适用性,介绍了卤化物钙钛矿微纳阵列在光电领域的应用,并对该领域目前存在的问题及发展前景进行了展望,以期为新型卤化物钙钛矿光电器件的研究提供参考。     

化学体系随机共振现象的理论研究

化学体系中随机共振现象的特性、机理、本质和应用的研究是非常重要的前沿课题。综述中国科学技术大学非线性化学实验室,在化学体系随机共振现象的理论研究中,所取得的主要成果,并阐述化学体系随机共振现象研究中所提出来的若干重要问题：非均相化学体系中随机共振;化学体系中内信号随机共振;化学体系中多重随机共振;化学体系中随机共振的调制;化学体系中色噪声作用下的随机共振;化学体系中时空随机共振;耦合化学体系中随机共振;化学体系中双参量随机共振。     

自适应随机共振算法用于微弱信号检测

我们[1] 曾将随机共振方法应用于化学弱信号的检测 ,并提出了一种只利用测量信号本身所包含噪声的协作效应来检测化学弱信号的新方法 [2 ] ,即通过连续变化系统自身的稳态参数来实现共振 .在以往工作中 ,对输出结果的表征也只是将输出与已知结果进行比较 ,通过对输出的随时监控来判断是否得到最优结果 ,因而不能实现微弱信号的自适应检测 .这无疑也限制了此方法的实际应用 .本文在以上工作的基础上 ,研究了双稳系统的输出特性 ,提出了一种自适应随机共振算法 ,即基于双稳系统的系统输出可以通过调节系统自身的稳态参数达到共振 ,从而在连续…     

Picogram Detection of Sulfur Hexafluoride by High Pressure Charge Exchange Mass Spectrometry

Abstract

Since air quality in industrial atmospheres is important for personal comfort and safety, tracer experiments using sulfur hexa-fluoride (SF₆) are commonly used to monitor air distributions and flow patterns.

This method involves the determination of SF₆ by high pressure charge exchange mass spectrometry at levels as low as 3 × 10^?12 grams. It employs specific ion detection in combination with gas chromatography to insure a high degree of specificity.     

Nucleophilic Activation of Sulfur Hexafluoride by N-Heterocyclic Carbenes and N-Heterocyclic Olefins: A Computational Study

Sulfur hexafluoride (SF₆) is considered as a potent greenhouse gas, whose effective degradation is challenging. Here we report a computational study on the nucleophilic activation of sulfur hexafluoride by N-heterocyclic carbenes and N-heterocyclic olefins. The result shows that the activation of SF₆ is both thermodynamically and kinetically favorable at mild condition using NHOs with fluoro-substituted azolium and sulfur pentafluoride anion being formed. The Gibbs free energy barrier during the activation of SF₆ has a linear relationship with the energy of HOMO of substrates, which could be a guideline for applying those compounds that feature higher energy in HOMO to activate SF₆ in high efficiency.     

一种基于共振角度测量的小型SPR传感器

合成了一种光学有机玻璃并进行了性能表征，用其制作了一种不规则六面体光学棱镜，采用这种光学棱镜，以发光二极管为光源，线阵CCD为检测器，组装了一种共振角度同时测量的小型SPR传感装置，讨论了影响该传感器灵敏度，分辨率和线性范围的因素，将其用于乙醇和磷酸二氢钾的检测，获得了较好的结果。     

新型二氧化硫气体电化学传感器的研究

SO2 是大气的主要污染物 ,并能与环境中的 NOx,O3等协同作用 ,产生更严重的污染 .因此 ,SO2的测定在环境保护、职业健康、工业排放控制等方面起着非常重要的作用 .SO2 的测定方法包括气相色谱法 [1]、离子色谱法 [2 ]、电导测定 [3]和电解电导率 [4]、光纤传感器 [5 ,6 ]等 ,但这些方法所需仪器昂贵、操作繁琐、灵敏度较低、难以实时连续测定 .一些研究者致力于 SO2 电化学传感器的开发 [7～ 8] ,但存在着灵敏度低、需在高温下使用、稳定性差等缺点 .我们成功地研制了一种微型 SO2 气体电化学传感器 ,该传感器稳定性好、灵敏度高、价…     

随机共振与仪器分析中弱信号的检测

样品分析过程中，往往得到背景噪声很强的信号，尤其在微量和痕量水平；当信号的信噪比很小时，通常的方法不能满足检测要求，该文基于随机共振理论提出了一种新的弱信号的检测方法并对相关参数进行了讲座主；方法是通过噪声的协调作用，获得系统的“共振”，从而实现弱信号的检测，应用于模拟和实验信号的处理结果证明了方法的可行性。     

Clathrate Hydrates of Sulfur Hexafluoride at High Pressures

The pressure dependence (0.4 Mpa–1.3 GPa) of the hydrate decomposition temperatures in the sulfur hexafluoride-water system has been studied. In addition to the known low-pressure hydrate SF₆17H₂O of Cubic Structure II, two new high-pressure hydrates have been found. X-ray analysis in situ showed the gas hydrate forming in the sulfur hexafluoride-water system above 50 MPa at room temperature to be of Cubic Structure I. The ability of water to form hydrates whose structures depend on the guest molecule size under normal conditions and at high pressures is discussed.     

Miniaturized electrochemical sensors and their point-of-care applications

Most of the current analytical methods depend largely on laboratory-based analytical techniques that require expensive and bullky equipment,potentially incur costly testing,and involve lengthy detection processes.With increasing requirements for point-of-care testing(POCT),more attention has been paid to miniaturized analytical devices.Miniaturized electrochemical(MEC)sensors,including different material-based MEC sensors(such as DNA-,paper-,and screen electrode-based),have been in strong demand in analytical science due to their easy operation,portability,high sensitivity,as well as their short analysis time.They have been applied for the detection of trace amounts of target through measuring changes in electrochemical signal,such as current,voltage,potential,or impedance,due to the oxidation/reduction of chemical/biological molecules with the help of electrodes and electrochemical units.MEC sensors present great potential for the detection of targets including small organic molecules,metal ions,and biomolecules.In recent years,MEC sensors have been broadly applied to POCT in various fields,including health care,food safety,and environmental monitoring,owing to the excellent advantages of electrochemical(EC)technologies.This review summarized the state-of-the-art advancements on various types of MEC sensors and their applications in POCT.Furthermore,the future perspectives,opportunities,and challenges in this field are also discussed.     

荧光型二氧化硫光纤传感器的研究

本文描述了一种新的测量二氧化硫的荧光型光纤传感器。溶于内充液的奎宁被用作敏感物,通过气透膜将内充液与水溶液分开。传感器对二氧化硫的响应范围是3×10~(-6)～3×10~(-4)mol/L。报道了传感器的重现性、稳定性、响应时间和选择性。用该传感器测定了含二氧化硫的实际样品并与碘量法进行了比较。