印刷传感技术

和硅基电子器件与印制电路板(PCB)相比,印刷电子独特的制备工艺使得导线、有机或无机半导体、介质材料能够以更灵活的方式与衬底材料结合在一起,特别是一些在力、热、光、电等方面有着特殊性质的材料。因此对于大多数旨在将非电信号转换为电信号的传感器而言,印刷电子技术为这类传感器的制备提供了良好的工艺手段。另一方面,印刷电子环保、大批量、低成本的制备方法也为快速增长的传感器需求提供了良好的解决方案。目前随着印刷电子技术在材料、制备工艺和配套设备方面的不断发展,采用印刷方式制备的传感器的方法和类型不断推陈出新,成为印刷电子一个重要的发展方向。对目前采用印刷电子技术制备或适合印刷制备的一些传感器,特别是用于生物信号传感和分析的一些传感器的材料、功能特点及制备方法进行综述。旨在介绍印刷电子技术或者印刷制备方法在传感器研究和制备方面所存在的巨大潜力和良好的应用前景。     

细微传感器技术在包装印刷领域的应用(一)

纳微传感器是多种学科互相渗透的高新技术，在包装印刷领域有着重要应用价值。本文分别阐述与包装相关的纳米传感器的概貌、类型、传感原理、构成材料和传感器的结构与应用范围，揭示当今世界最新传感技术及开发研究的趋势。     

全印制柔性应变传感器的原理与智能包装应用

目的随着可穿戴电子技术的快速发展,因具有较高的传感系数,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人领域得到了广泛关注,但如何降低其制造成本成为一种挑战。近年来,印刷电子技术的快速发展推动了柔性应变传感器的发展,并逐渐在一些新的领域得到应用,尤其是智能包装领域。方法结合课题组在全印制应变传感器方面的研究进展,对柔性传感器的原理、印刷制造方法和主要应用进行综述。结论大量的研究表明,印刷柔性应变传感器已经开始应用于智能包装中,利用印刷电子技术制造智能包装也有利于降低其制造成本,推动其走向实际应用。     

微纳柔性制造与印刷电子材料

微纳加工技术主要应用在光电子和IC领域,随着国际新一轮印刷电子技术的发展,电路线宽越来越细,对印刷电子材料与应用技术提出更高要求,传统印刷术很难实现数微米以下精密电路。针对国际行业研究现状、工艺及最新进展,详细阐述微纳柔性制造技术的原理与特点。基于微纳图形化激光直写光刻技术、卷对卷纳米压印技术及其配套(微纳填充、转印和软压印)技术,以大尺寸透明导电材料的研发为例,微纳柔性制造在106.68 cm幅面上使印刷电路的线宽达到1.5μm。微纳柔性制造方法属于"加法"制造。展望了柔性制造在印刷电子材料产业发展中的前景和需求,指出微纳柔性制造与印刷材料的结合,有可能成为新一轮大尺寸柔性显示与触控、传感器件等产业发展的有力工具和推动性力量。     

纳微传感器技术在包装印刷领域的应用(一)

纳微传感器是多种学科互相渗透的高新技术,在包装印刷领域有着重要应用价值。本文分别阐述与包装相关的纳米传感器的概貌、类型、传感原理、构成材料和传感器的结构与应用范围,揭示当今世界最新传感技术及开发研究的趋势。     

基于碳纳米管复合物的电化学生物传感器研究进展

新型碳纳米管复合物的开发及其在电化学生物传感器中的应用是近年来材料学和分析领域的研究热点.介绍了碳纳米管复合物在电化学生物传感领域的研究发展,重点对碳纳米管与纳米颗粒、聚合物及离子液体复合材料在电化学生物传感中的应用进行了论述.     

细菌视紫红质在生物传感器中的应用进展

生物传感器是生物敏感材料、理化换能器与电信号放大装置等多学科交叉的综合集成技术装置.典型的生物传感器以特异性感知的生物活性材料作为敏感元件,结合基于微电子器件的物理化学换能器和调理电路,实现生物敏感信息的电信号转换及放大.换能器的灵敏度、抗干扰能力等因素直接影响生物传感器的性能.从嗜盐菌中提取的细菌视紫红质是一种具有良好光敏特性的生物材料,可直接将光信号转化成电信号,从而实现将敏感元件和换能器合二为一的功能,已广泛应用于多种生物传感器中.细菌视紫红质的感光灵敏度和稳定性适用于开发具有颜色灵敏度的光传感器,最早的应用方向是人工视网膜;其光敏感和换能一体化特性可实现使用单个传感元件进行光学运动检测的功能,应用可扩展到运动传感领域.除了在视觉传感领域的应用,细菌视紫红质在病原体检测、水体pH检测、细胞膜电位检测等领域均表现出良好的灵敏性、稳定性和特异性.其不仅在生物传感领域具有应用价值,而且为半导体传感方法的研究提供了新途径.本文在简述细菌视紫红质的质子泵和光电响应特性等基本功能的基础上,阐述了细菌视紫红质构建生物传感器的应用进展,分析了不同传感器的特点,以期为细菌视紫红质的机理及其应用研究提供参考.     

液晶生物材料新用途-液晶生物传感器

液晶生物传感器是集现代生物技术与先进的传感电子技术于一体,是生物技术、材料技术、物理技术、电子技术等交叉结合而形成的新兴高科技产品,是生物材料研究的全新领域。综述了液晶材料用作生物传感器的可行性、工作原理及研究现状,对其发展前景进行了展望;并从仿生角度出发,采用溶致液晶制备壳聚糖高分子液晶薄膜;以期为研究者进一步认识研究液晶生物材料新用途,促进液晶生物传感器发展与应用提供参考。     

构筑生物分子微图案的研究进展

随着微加工技术的发展,在材料表面构筑功能化的纳微米级图案越来越成为关注的热点。在生物科学领域,光刻蚀、微接触印刷和蘸笔纳米平板印刷等微图案技术被广泛应用并实现了生物分子在几十纳米微区域上的固定。生物分子在微纳米区域内的成功固定大大推动了生物微分析、生物芯片、生物微器件等生物技术及相关领域的发展。本文从分析生物分子与材料表面的相互作用入手,较为系统地评述了构筑生物分子微图案的几种重要方法,并对生物分子微图案技术的发展做了展望。     

环境监测中生物传感器的应用研究

生物传感器是利用生物物质作为识别元件,将生化反应转变成可定量的物理、化学信号,从而能够进行化学物质监测和监控的装置。随着环境监测技术的不断进步,生物传感技术已经慢慢应用于各种生物污染的监测过程中。生物传感是一种新兴监控手段,在其应用和推广过程中遇到的各种问题一直是生物传感技术使用领域研究的热点,环境监测过程中生物传感技术还处于初步的探索阶段。     

面向汗液的可穿戴柔性电化学传感器研究进展EICSCD

汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文阐述了可穿戴汗液传感器集成结构中基底、集汗、传感、电源和决策五大模块,着重强调了纳米结构(如金属基、碳基等材料)在电化学传感敏感材料中表现出的优异性能及应用,最后讨论了可穿戴汗液传感器在微量汗液收集及多参数传感中物理化学变量的可变性等方面存在的挑战。针对汗液收集和实时校准两个关键问题,提出可穿戴汗液传感未来发展方向包括仿生微流控技术和多参数反馈调控方法,实现微量汗液高效收集及精确检测,将有效推动汗液传感在慢性重大疾病实时预警的应用和发展。     

光电化学传感器及其在生物分析中的应用研究进展

光电化学传感器是近年来发展起来的一种基于化学或生物识别过程的分析设备,因具有响应快速、灵敏度高、设备简单、价格低廉且易于微型化等优点,在生命分析和环境分析等领域受到了广泛关注。首先介绍了光电化学传感器的基本原理、分类及用于构建该类传感器的光电活性纳米材料,在此基础上进一步综述了光电化学传感器在生物分析中的应用,如用于DNA检测、免疫传感及酶分析等。     

二维材料MXenes在传感领域的应用研究进展

二维(2D)材料MXenes独特的结构、组成和物理化学特性,使其成为继石墨烯之后2D材料研究领域又一种"明星"材料.MXenes的应用范围从机械、光学、电子、储能等领域扩展到生物医学、环境保护等.这主要是由于其具有大比表面积、高导电性、丰富的表面功能基团、良好的生物相容性,以及可利用各种聚合物或纳米颗粒进行表面功能化,使其有望应用于精准的生物传感、有毒气体和液体污染物传感监测平台.目前,MXenes材料在传感领域的研究主要集中于电流型生物传感、生物/气体电阻传感和压电传感等.在生物电化学传感中,MXenes材料主要用作蛋白质、生物酶、生物发光材料等的固定化基质,以利用其大比表面积、高导电性的特性,提高电子传质效率和速率,从而达到提高传感灵敏度、降低检测限的目的;生物/气体电阻传感是基于MXenes材料对外来吸附分子(生物分子或气体分子)造成的电导率扰动的灵敏性反映,而MXenes材料对外来生物分子或气体分子的吸附是基于其丰富的功能基团(主要为-OH、-F、-O、-Cl等)与这些分子之间的相互作用;压电传感方面的研究主要集中于便携式或可穿戴式压电传感器,MXenes受应力作用,其层间距发生变化,导致其电导率发生变化而产生电信号.可见,在传感器的应用中,人们利用的是MXenes材料的大比表面积和导电性以及表面功能基团.但是,MXenes材料的导电性受表面功能基团的影响,这些基团在一定程度上会降低MXenes的导电性,甚至某些基团使其变为半导体,这不利于传感器高导电性的要求.事实上,功能基团和高电导率是一对矛盾体,研究工作需要在两者之间寻找最佳平衡点.另外,不同的功能基团对不同元素类型的MXenes材料的导电性影响也存在差别.因此,研究者在研究利用进一步的功能化修饰电极(例如修饰贵金属纳米粒子、碳纳米管等)来克服电导率的问题的同时,也在积极寻求更适合传感的不同元素类型的MXenes材料.本文简要概述了MXenes材料的制备、结构、性能研究进展,重点综述了为生物医学、环境保护应用而设计的MXenes传感器的构建及其最新研究进展,包括电流型生物传感、可穿戴式生物传感、MXenes还原电化学传感、生物电阻传感、气体电阻传感、压电/应变传感等.本文还讨论了MXenes材料在传感领域应用面临的困难和挑战.希望本文能在MXenes传感器的开发及应用中为研究者提供有益的指导和帮助.     

基于化学气相沉积石墨烯的传感器的研究进展

作为一种二维碳原子层材料,石墨烯(Graphene,G)具有优异且独特的力学、电学、光学和热学等性质,在传感检测等领域具有巨大的发展潜力和广阔的应用前景.基于石墨烯材料的传感器具有灵敏度高、响应快、成本低、稳定性好等优点.化学气相沉积(Chemical vapor deposi-tion,CVD)因其优异的可控性和可扩展性而被认为是制备大面积、高质量石墨烯薄膜的有效方法,而且CVD石墨烯薄膜适用于场效应晶体管的制造工艺,因此被广泛应用于物理、化学和生物等传感领域.本文介绍了近年来CVD石墨烯应用于传感检测领域的研究进展,包括制备技术、转移方法、传感特性以及在物理、化学、生物等传感领域的应用,并简要分析了基于CVD石墨烯的传感器所面临的困难与挑战.     

印刷法制备功能芯片的研究进展

目的概述印刷芯片的制备方法和研究现状,开拓印刷技术的研究思路和应用场景,为印刷芯片的发展提供参考。方法从印刷材料、印刷方法和芯片应用3个方面介绍近年来印刷芯片的研究进展,重点对比各种印刷方法的关键科学问题及特点,并且指出芯片印刷的发展方向。结果基于印刷方法在大面积制备、材料兼容性、绿色环保等方面的优势,印刷芯片在显示、能源、生物、智能包装等诸多方面快速发展,不过仍然面临高精度、规模化、功能集成方面的挑战。结论通过更好地调控印刷过程中液滴成型,构筑功能材料精细微纳结构,实现高精度器件与芯片全印刷制造。未来在实现智能、自动、互联化功能芯片制造的同时,发展绿色可持续印刷新策略。     

数码印刷

什么是数码印刷?数码印刷是将电脑文件直接印刷在纸张上,有区别于传统印刷繁琐的工艺过程的一种全新印刷方式。它的特点是:一张起印、无需制版、立等可取、即时纠错、可变印刷、按需印刷。数码印刷是在打印技术基础上发展起来的一种综合技术,以电子文本为载体,通过网络传递给数码印刷设备,实现直接印刷。印刷生产流程中无版和信息可变是最大特征,涵盖印刷、电子、计算机、网络、通信等多种技术领域。     

空间飞行器用薄膜温度/应变传感技术研究

随着功能薄膜制备方法及微细加工技术的日益成熟，基于各类薄膜敏感元件的薄膜传感技术蓬勃发展。薄膜传感器件尺寸小、集成度高、灵敏度高，在深空探测、空间飞行器结构健康监测、载人航天等领域展现出广阔的应用前景。针对空间飞行器的各类传感需求，对低温/高温温度传感、热流传感、高温应变传感、柔性大应变传感、柔性智能蒙皮等应用中薄膜传感材料和器件的关键技术及国内外研究现状进行了综述，并对薄膜传感技术的未来发展进行了展望。     

光纤传感技术的应用和发展相关研究

随着光纤传感技术的不断发展,几乎在每个领域都得到研究与应用。本文介绍了几种光纤传感器的工作原理和目前的研究进展,列举了它在工程军事等方面的应用,并对光纤传感技术的发展做出展望。     

金纳米线的制备及传感应用研究进展

金纳米材料除了具有普通纳米材料的特性(表面效应、介电限域效应、小尺寸效应及量子隧道效应等)外,还具备独特的稳定性、导电性,优良的生物相容性以及超分子和分子识别、荧光等特性,这使其在纳米电子学、光电子学、传感和催化、生物分子标记、生物传感等领域展现出广阔的应用前景。在多种形态各异的金纳米材料中,金纳米线一直受到研究者们的高度重视。探索制备金纳米线的新技术与新方法,进一步拓展其应用领域,是当前纳米材料领域的研究焦点之一。金纳米线因具有长径比大、柔性较高以及制备方法简便等优点,在传感器、微电子、光学器件、表面增强拉曼、生物检测等领域都展现出不可忽视的潜力。随着技术的发展,研究者们已开发了多种制备金纳米线的方法,如模板合成法、溶液法、阶边修饰法。然而近年来,纳米电子学与传感器等领域的应用需求对金纳米线的制备方法提出了更高的要求,如制备的金纳米线要有较为理想的形貌(金纳米线的直径与几何结构直接影响电子的传输性能),且要考虑方法的复杂性,是否对环境造成污染及金纳米线产量等因素。本文结合近十年来金纳米线的制备与应用研究成果,重新分类归纳了金纳米线的制备方法与调控方式,并对金纳米线在传感领域的应用进行了较为全面的总结,以期为后续研究提供参考。     

基于超材料的无标记光学生物传感

超材料(metamaterials)因为能够在亚波长尺度范围内精细调控电磁波而受到人们广泛关注。超材料具有丰富的电磁模态,在表面支持高度局域场增强且对周围介电环境极其敏感,可应用于无标记光学生物传感领域。与传统光学生物传感器相比,超材料生物传感器具有小型化、集成化、高度灵敏、多功能可定制等突出优点。本文总结了近年来超材料生物传感器在可见光、近红外、中红外以及太赫兹波段的研究进展,包括折射率生物传感、表面增强拉曼散射、表面增强红外吸收和太赫兹生物传感等。