新型传感材料与器件研究进展

新型传感技术融合了材料科学、微纳电子技术、生物技术等学科,是人工智能、精准医疗、新能源等战略前沿的先导和基础,也是智慧城市、智慧医疗等物联网应用的技术关键。智能化、微型化、多功能化、低功耗、低成本、高灵敏度、高可靠性是新型传感器件的发展趋势和主要研究方向。新型传感器件的传感性能很大程度上取决于传感材料的化学成分、表面修饰、传感层微观结构和完整性等因素。近年来,新型传感材料与器件的研究方兴未艾,为现代传感技术的深入开发与应用带来了新的机遇。本文综述了新型传感材料,包括硅纳米线、石墨烯、碳纳米管、二维材料、金属有机框架材料、水凝胶材料以及有机半导体材料等在力学传感、声学传感、生物传感、爆炸物监测等方面的应用。讨论了微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)传感器技术,以及柔性可穿戴传感器相关材料、器件结构和制造方法的最新进展。     

高熵合金与非晶合金柔性材料

高熵合金与非晶合金作为新一代金属材料,具备许多优异的物理、化学及力学性能,在柔性电子领域展现出巨大的应用潜力。传统的块体高熵合金与非晶合金虽然性能优异,但由于材料本身的刚性特点无法满足可变形电子设备的柔性需求,因此需要通过一定方式如降低维度、设计微结构等赋予其柔性特征。在简述高熵合金柔性纤维的力学性能特点的基础上,介绍了高熵合金薄膜作为潜在柔性材料的制备方式与结构性能特点,总结了非晶合金薄膜应用于电子皮肤、柔性电极、微结构制作等柔性电子领域中的最新进展,最后讨论了现有工作的不足之处并对未来柔性电子的发展前景进行了展望。      

碳纳米复合材料的电化学生物传感器检测技术应用研究进展

介绍了伏安技术以及电化学生物传感器的应用,描述了如何把碳纳米材料融入到生物传感器的构造中来调整灵敏度和检测极限,又分别对无酶和含酶的碳纳米材料传感器用于检测多巴胺、尿酸、蛋白质、酶和过氧化氢等生物分子进行了介绍,重点介绍了碳纳米管生物传感器、石墨烯/碳纳米管生物传感器和石墨烯生物传感器在相关检测的研究现状,最后对未来的生物传感的构造进行了展望,提出了目前使用材料存在的局限以及如何采用新材料增强传感能力。     

碳纳米纸复合材料的拉伸应变协同性

由于碳纳米纸与复合材料具有良好的界面结合性能,以及良好的导电导热性能,因此可以被用于复合材料的全寿命健康监测.本文制备了碳纳米纸及其传感器,以及在不同位置嵌入碳纳米纸传感器的复合材料,并进行拉伸加载卸载测试.获得了碳纳米纸传感器电阻变化率随传统应变片测得的复合材料层合板应变的变化趋势,拟合得到了碳纳米纸传感器的应变传感系数,阐明了复合材料在变形时的协同性,证明了碳纳米纸传感器可以用于复合材料的拉伸疲劳损伤监测.      

关键钢铁材料的智慧研发路线

从面向2035的新材料强国战略出发,针对现代交通、能源、海洋工程以及重大装备等领域,对其急需的关键钢铁材料在品种、规格、性能、质量、服役安全与寿命等方面均提出了明确的发展目标、应攻克的技术瓶颈和"卡脖子"问题.为适应未来先进钢铁材料的发展,应在钢铁材料知识与理论框架下,充分发挥集成计算材料工程及材料信息学的优势,创建新材料的智慧研发路线,实现中国先进钢铁材料的研发从跟随模仿跨越到基于人工智能创新引领的新高地.     

新型高硅铝合金电子封装复合材料的研究进展

微电子集成技术的快速发展对封装材料提出了更高的要求。具有低膨胀系数、轻质化、较高导热率的新型Al-Si复合材料受到了广泛的重视。文章详细介绍了高硅铝合金电子封装材料的性能特点、制备方法以及研究现状,指出了高硅铝合金电子封装材料的发展方向。     

用固体电解质传感法在线、快速、连续检测铝及铝合金熔体中氢或其它元素的含量及行为

固体电解质传感法可在线、快速、连续地检测铝及铝合金熔体中的氢或其它元素的含量及行为,是一种极富发展前景的新型检测方法.本文详细介绍了氢传感器的工作原理以及作者开发研制的氢传感器与稀土传感器的技术性能及实际应用效果.     

人工智能在可再生能源材料研发领域的研究进展

近年来煤炭、石油、天然气等传统能源逐渐枯竭，大量化石能源的使用造成环境污染。为了降低二氧化碳的排放量，国家积极推动风、光、水电、氢能等可再生能源的发展，而这些能源技术的推广应用的关键是新材料的研发。目前新材料的研发主要依赖于研究者根据材料结构以及其用于某一特定体系的预期催化活性为目标进行实验优化，导致新材料研发过程缓慢。随着计算材料学的进一步发展，研究人员整合了大量关于材料结构及性能表征的材料数据库，通过比较逐步优化筛选新材料。综述了当前材料开发的设计思路以及合成方法，以人工智能（AI）为着眼点阐述了近年来基于AI方法设计、制备可再生能源材料过程中的模型与算法，并总结了AI用于材料设计方面的研究意义和发展过程，最后对AI方法用以可再生能源材料设计、制备的发展进行了展望，介绍了本课题组提出的材料优化模型，并且列举了该模型成功应用于电解水析氢以及硼氢化钠制氢的材料优化的案例。未来，AI技术在新材料的理论计算、合成设计、性能预测、材料微观结构表征分析等方面具有非常广阔应用前景。     

用固体电解质传感法在线、快速、边疆检测铝及铝合金熔体中氢或其它元素的含量及行为

固体电解质传感法可在线、快速、连续地检测铝及铝合金熔体中的氢或其它元素的含量及行为，是一种极富发展前景的新型检测方法。本文详细介绍了氢传感器的工作原理以及作者开发研制的氢传感器与稀土传感器的技术性能主实际应用效果。     

清华开发超快柔性电子制造技术

<正>近日,清华大学医学院生物医学工程系联合中国科学院理化技术研究所,在《中国科学:材料科学》上首次报道了一种具有普适性的超快速柔性电子制造技术,可在数秒之内打印出大面积高精度复杂液态金属电路,速度远远超过迄今已发展的各种电子加工技术,相应方法被命名为SMART Printing(智慧印刷)。利用该技术制备的柔性电路,最高精度已达50μm,且在基底弯曲折叠过程中仍能保持电路连接的稳定性。研究小组制成了一系列柔性和可拉伸     

基于金属有机骨架材料的电阻传感器在检测VOCs中的应用

化学电阻传感器由于其结构简单、分析快速等特点在众多气体传感方式中脱颖而出,因此成为了目前应用广泛的传感器类型。其中,用于检测挥发性有机化合物（VOCs）的电阻传感器中敏感材料对气体的选择性吸附和相应的检测至关重要,此外也需要一些额外措施保证检测的选择性。因此,传感材料的比表面积、孔尺寸、功能官能团以及辅助材料等决定了传感器的响应程度、选择和敏感程度。金属有机框架材料（MOF）是一类新型的有机?无机杂化材料,具有丰富多孔、高比表面积、结构多样性、化学稳定性良好等特点,除此以外一些MOF衍生物也具有比表面积大、导电性良好等特点,因此MOF及MOF衍生物已在气体传感器中得到广泛研究和应用。基于化学电阻传感器基本原理、MOF及MOF衍生物在电阻传感器检测挥发性有机化合物中起到的作用、原理、及其应用,对其发展前景和面临的挑战进行了展望。      

应变调控柔性电子器件磁电性质的研究进展

柔性电子器件具有独特的形状可塑性，因而引起了人们极大的研究热情.柔性电子器件在未来或将成为下一代电子器件的重要分支，在电子显示、二极管、生物医疗器件、太阳能电池等领域有着广阔的发展前景.近些年，许多研究人员将柔性技术与自旋电子学相结合，开始探索应变对于生长在柔性衬底上的磁电异质结磁电性质的影响，通过改变柔性衬底的曲率等手段调控器件的磁电效应.相关基础研究为磁存储器、磁传感器、非易失性阻变存储器等电子器件的研究开辟了新思路.      

金属有机骨架（MOFs）/纤维材料用于电阻式气体传感器的研究进展

总结了将MOFs材料与金属氧化物、纺织品以及碳基导电纤维材料相结合,并在电阻式气体传感器领域的研究与应用。其中金属氧化物结合MOFs过程中,MOFs主要有两个作用:一是作为分散剂提高金属氧化物的分散性;二是利用MOFs本身具有较大的比表面积和大量的活性位点,来提高材料对于气体分子的吸附量和选择性。当纺织品与MOFs结合的过程中,由于纺织品的导电性相对较差,所以需要结合一些导电性及气体选择性较好的MOFs来作为传感器。碳基导电纤维一般具有较好的机械性能和导电性能,因此将其与MOFs材料复合后用于柔性电阻气体传感器具有一定的优势。      

Tactile Pressure Sensors for Soil-Structure Interaction Assessment

This paper provides an assessment of tactile pressure sensors for geotechnical applications. A tactile pressure sensor is an array of small sensing units, called sensels, embedded in a polymeric sheet or pad that measures the magnitude and distribution of stresses normal to the sheet surface. Methods for minimizing the effects of shear on sensor measurements are discussed and the efficacy of these methods are demonstrated by laboratory experiments. The time-dependent characteristics of the sensors are evaluated and recommendations are provided for measurements that account for time-dependent effects. Tactile pressure sensor measurements in response to vertical loading and unloading and to lateral loads on full-scale pipelines affected by large horizontal ground movements are compared with independent measurements of the loads. Sensor measurements are used to show the distribution of normal stress on pipelines subject to large lateral soil movement.     

Tactile communication of speech: A review and an analysis.

Reviews research attempts to present the acoustic speech signal to the skin by means of various electromechanical devices. 2 explanations for the relative failure of these speech-to-tactile transformations are critically examined: a current theory that speech is a special code necessarily incomprehensible to the skin; and evidence that tactile masking effects preclude analysis of a signal as complex as speech by the skin. Both of these explanations are rejected. It is suggested that the displays reviewed failed to provide the stimulus structure necessary for effective tactile perception. The stimulus requirements for perceptual organization by the skin of various levels of linguistic structure are discussed. Suggestions are made for the future development of tactile displays of speech that may be comprehended at rapid rates. (93 ref.) (PsycINFO Database Record (c) 2010 APA, all rights reserved)     

Advances in gas sensors of tetrapyrrolato-rare earth sandwich-type complexes——Commemorating the 100th anniversary of the birth of Academician Guangxian Xu

In recent years,sandwich-type rare earth tetrapyrrole derivatives,have attracted more and more attention as material for conductimetric sensors.They have not only great chemical stability and processability,but also flexible molecular structure,which is a key to adjustable semiconductor properties.In this mini review,we focus mainly on the development of tetrapyrrolato-rare earth sandwich-type complexes as the semiconducting active layer in the gas sensors published in the last ten years(2010-2020).The main part includes two sections.In the single component gas sensing of sandwich rare earth tetrapyrrole complexes,we describe the influence factors of the single-component semiconducting active layer on the sensing performance of tetrapyrrolato-rare earth sandwich-type complexes,including substituents,central metals and π-conjugate systems.In the multi-component gas sensors,the synergistic effect between tetrapyrrolato-rare earth sandwich-type complex and other materials on improving sensitivity and conductivity has been discussed briefly.     

关于智能传感器与汽车电子的分析

目前随着我国汽车工业的发展,汽车电子从所应用的电子元器件到车内电子系统的架构均已进入了一个有本质性提高的新阶段。其中最具有代表性的核心器件之一就是智能传感器。智能传感器是装有微处理器的、能够执行信息处理和信息存储、还能进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。智能传感器是传感器集成化与微处理器结合的新一代电子器件,具有自动补偿、自动校准、自动诊断、数据处理、通信等功能。智能传感器能对信息进行处理、分析和调节,能对所测量数值及其误差进行补偿,能借助软件对非线性信号进行线性化处理,还能利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿。     

Computer assisted orthopaedic surgery. Image guided and robotic assistive technologies

Technologies are emerging that will influence the way in which orthopaedic surgery is planned, simulated, and performed. Recent advances in the fields of medical imaging, computer vision, and robotics have provided the enabling technologies to permit computer aided surgery to become an established area which can address clinical needs. Although these technologies have been applied in industry for more than 20 years, the field of computer assisted orthopaedic surgery is still in its infancy. Image guided and surgical navigation systems, robotic assistive devices, and surgical simulators have begun to emerge from the laboratory and hold the potential to improve current surgical practice and patients' outcomes. The goals of these new clinically focused technologies are to develop interactive, patient specific preoperative planners to optimize the performance of surgery and the postoperative biologic response, and develop more precise and less invasive interactive smart tools and sensors to assist in the accurate and precise performance of surgery. The medical community is beginning to see the benefit of these enabling technologies which can be realized only through the collaboration and combined expertise of engineers, roboticists, computer scientists, and surgeons.     

智能家居环境中的连接性设计语义

借助日趋电脑化的力量,我们的居家环境越来越智能化,居住环境中设备与设备之间的嵌入式传感器及网络连接很可能会让使用者感到茫然.用户交互从一开始操作单一的设备转变为了一系列生态事件组成的庞大系统.人们变成了现实世界与不可见的数码世界之间的调解员.本文主要通过展示部分正在进行中的研究调查,该调研是关于如何利用简洁的设计语义来传达明智居家环境中设备连接的抽象概念.使使用者理解并且构建有意义的智能环境,与之进行相应的互动.我们将通过示范来让用户在一个居家娱乐案例中掌握这种不可见的无线仪器连接.