纳米金表面修饰提高压电免疫传感器性能研究

在石英晶体微天平的金电极上通过1,6-己二硫醇交联组装纳米金颗粒修饰传感器表面,同时结合蛋白A与抗体的Fc段特异性结合的特性定向固定人IgG构建压电免疫传感器,并用于羊抗人IgG的检测.实验结果表明,与未经修饰相比,纳米金颗粒组装修饰金电极后能明显提高压电免疫传感器的检测灵敏度、重现性和再生能力等重要性能指标,修饰后的传感器也具有非常好的在线再生性能.     

压电传感器电极表面蛋白质的吸附研究

应用自行研制的压电传感器,实时监测免疫球蛋白(IgG)在传感器金电极表面的吸附过程,研究了蛋白质浓度、吸附时间等因素的作用。结合Sauerbrey方程和Langmuir方程,对吸附过程进行表征,推算IgG在金电极表面的吸附速率常数ka=0.057 m3.kg-1.s-2、解析常数kd=0.000 42 s-2。     

钝化剂自组装单层膜在铜铜键合工艺中的应用

解决铜铜键合工艺中的铜氧化问题对于三维集成技术具有重要意义。选用1-己硫醇做临时钝化剂,通过自组装形式形成单层膜附着于铜表面,以防止铜在存放时与空气接触而发生氧化,键合前再使用乙醇等有机溶剂去除该单层膜。为了评估1-己硫醇的钝化效果,采用接触角作为主要指标对实验结果进行评价。研究表明,样片表面经过1-己硫醇处理后,接触角极大增加,并在空气中长时间保持稳定,说明1-己硫醇具有良好的钝化效果,采用此方法得到了高质量的铜铜热压键合样片。     

不同表面处理对石英晶体传感器频移响应的影响

液相环境下振荡的压电石英晶体传感器的谐振频移主要受液体性质和表面质量负载的影响。通过压电石英晶体传感器在液体粘度测量中，对不同表面粗糙度和亲和性的晶体谐振频移的实验。结果表明，晶体的不同表面性质对传感器的频移响应存在较大的影响。就液体粘度测量的灵敏度和准确性而言，经紫外照射处理的聚苯乙烯涂层石英晶体的传感器性能最佳。     

基于三组分共轭聚合物的高灵敏度有机晶体管二氧化氮传感器

研究了基于联噻吩-氮杂异靛蓝-双(2-氧代二氢-7-氮杂吲哚-3-亚基)苯并二呋喃二酮的三组分给体-受体共轭聚合物(BTNIDNBIBDF-50)薄膜对二氧化氮气体传感特性。通过控制半导体浓度调控半导体薄膜表面形貌,研究其对二氧化氮气体灵敏度的影响。聚合物半导体BTNIDNBIBDF-50的浓度为2 mg/m L时对NO₂气体表现出最优的传感性能,对体积分数为10×10^-6NO₂气体的灵敏度为121.44%。实验结果表明：三组分共轭聚合物BTNIDNBIBDF-50呈现双极型半导体特性,降低聚合物半导体浓度会使薄膜表面出现明显的孔洞结构,提高传感器对NO₂气体的灵敏度。但过多的孔洞又会使气体解吸附速率的变化大于吸附速率变化,导致传感器灵敏度降低。     

压电式触觉传感器的优化与应用的研究进展

对有机、无机压电材料在压电性能和机械性能上的优劣进行了简单阐述。对压电材料的改进与制备工艺进行了评述,包括掺杂钛酸钡纳米粒子的聚偏二氟乙烯纤维的制备方法、含不同体积分数锆钛酸铅的聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备方法、可3D打印不进行极化具备一定压电性能的压电传感器系统、通过长丝挤压技术制备液晶聚合物-锆钛酸铅复合材料的制备方法。阐述了通过改进结构和使用复合材料的方式提升压电式触觉传感器性能的发展现状,以及压电触觉传感器在医疗诊断、电子皮肤、人工智能、三维力监测方向上的实际应用,最后对压电式触觉传感器的发展进行了总结与展望。     

强脉冲γ线辐射对压电陶瓷材料性能的影响

加速度压电传感器是反应堆内常用的振动测量器件,其核心部件是压电陶瓷材料。由于在强核辐射环境下,中子和γ线分别于压电陶瓷内的原子核和核外电子发生相互作用,发生微观损伤,此损伤经由分子尺度、介观尺度直至会表现为宏观性能（包括材料的压电性能及表观形貌信息等）的变化,将影响器件的性能。长时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化已有研究,然而短时间、高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能变化的研究较少。该文在辐射装置上进行压电陶瓷材料的高剂量率γ线辐照,随后对材料辐照前、后的压电性能、表观形貌等信息进行实验测试,通过测试结果分析了高剂量率γ线辐照对压电陶瓷材料性能的影响。     

硫醇自组装多晶金表面AFM图像的分形研究

本文针对多晶粗糙电极表面自组装膜（SAM）体系,提出了利用原子力显微镜（AFM）相图分形维数进行表征的新方法。首先对自组装多晶金电极进行了交流阻抗测试,结果表明随着乙醇自组装液中十二烷基硫醇（C12SH）浓度增大,自组装膜中缺陷面积减少,趋向于形成完整致密的单分子层吸附膜。而对组装电极AFM图像的分形研究表明,在不同C12SH浓度条件下,电极表面高度图分形维数无明显变化,相图却呈现不同的分形特征,且体现的变化规律与交流阻抗测试结果一致,证实了AFM相图分形维数表征法研究粗糙金表面硫醇自组装膜吸附行为的可行性,为粗糙表面分子吸附行为的AFM研究提供了新思路。     

基于压电换能器的液滴驱动模型研究

基于智能车辆视觉传感器表面除水的需求,该文提出了一种利用压电换能器激励兰姆波以驱动液滴运动的装置,并建立了压电振子和弹性体平板的二维有限元模型。首先运用COMSOL Multiphysics仿真软件对自由边界条件下的压电振子进行频率分析,得到前4阶特征模态,第2阶模态具有最大的结构相对位移,其特征频率为谐振频率;然后对压电振子所激励的兰姆波在平板中的传播特性进行了分析。结果表明,兰姆波在板中出现明显的频散特性,并通过改变压电振子间隔激励A₀模态占主导的兰姆波,以提高液滴驱动效果。通过实验验证了兰姆波驱动液滴模型的可行性。     

基于无铅压电陶瓷谐振传感器的温度补偿分析

基于压电谐振原理,钛酸铋钠系无铅压电陶瓷可用于制作压电谐振式传感器探头,由于压电陶瓷各项性能随温度的变化,传感器难以适应复杂工作环境。该文对钛酸铋钠钾陶瓷谐振体在-10~100℃下进行阻抗频谱测量,分析获得不同温度下谐振频率的相对漂移量,对温度-频率(T-f)漂移关系进行回归分析,获得拟合函数。通过对5℃、-5℃实测值与拟合结果对比分析,发现二、三阶拟合误差较小,分别为0.054%、0.164%,0.054%、0.165%。综合评估,确定以二阶拟合方程作为矿用瓦斯传感器的谐振频率补偿算法,修正传感器在不同的温度环境下的测量误差。     

Phenomenon of the inverse adsorption piezoelectric effect in CdTe and CdHgTe semiconductors

The structure and chemical composition, and also the adsorption, electrical, and optical properties of the surface of Cd _x Hg_{1 − x} Te system solid solutions have been studied; the existence of the previously unknown phenomenon of the inverse adsorption piezoelectric effect has been established. Using the semiconductor compounds CdTe and Cd_0.2Hg_0.2Te as an example, it is shown that adsorption-induced charging of the surface causes the relaxation of charges localized at slow surface states which manifests itself in the form of voltage pulses and governs structural reconstructions and surface relaxation.     

直写成型制备的3-3型PZT压电复合材料及其性能

3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了PZT三维木堆结构支架,结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响,并对比了PZT陶瓷支架与PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明,随着陶瓷相体积分数的增加,复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大,PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数;当陶瓷相体积分数为36%时,PZT支架与PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151.0 mV·m/N与104.0 mV·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能,以及聚合物的柔韧性、低密度等优势,其应用前景良好。     

一种大功率压电陶瓷变压器材料研究

采用传统陶瓷工艺制备了Pb(Ni1/2W1/2)O3-Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(Ti1/2Zr1/2)O3(PNW-PMS-PZT)四元系压电陶瓷。分析了粉体和陶瓷的相结构组成,结果表明烧结温度的提高和PZT含量的增加有助于钙钛矿相的生成,同时发现PZT的含量在0.91～0.93附近有准同型相界存在。研究了室温下烧结温度和PMS含量对相对介电常数εr,机电耦合系数kp,机械品质因数Qm和压电常数d33的影响,实验表明在室温下随着PMS含量的增加εr、kp、d33逐渐减小,Qm增加;随着烧结温度的提高,kp、d33增大。制得了室温下εr为1959,d33为390pC/N,kp为0.614,Qm为1349的大功率压电陶瓷变压器压电材料。     

单腔结构压电陶瓷—金属复合体研究

研制出一种单腔结构压电陶瓷－金属复合体，该复合体不仅压电常数高，而且具有压电常数的位置依赖性小、制作更为简单、便于稳定地安装使用等优点。由实验研究得出了较佳尺寸的复合体，相应的有效压电应变常数为７８９０ｐＣ／Ｎ，为其中ＰＺＴ压电陶瓷压电应变常数的２４倍。     

应用于压电能量收集器的PZT PZN系陶瓷材料

压电材料作为环境振动能量收集器的核心功能材料,是制备高性能能量收集器的关键。该文从提高能量收集效率入手,研究适合于能量转换的高性能压电陶瓷材料。采用两步合成工艺制备出了0.7Pb(Zr0.51Ti0.49)0.99O3-0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZT-PZN)压电陶瓷,研究了La2O3掺杂对其微观结构和机电性能的影响。实验结果表明,掺杂少量的La2O3能显著提高PZT-PZN陶瓷的压电系数(d33)、机电耦合系数(k31、kp)、介电常数(εr)等。当掺杂量为4%(摩尔分数)时,在1 200℃烧结PZT-PZN,显示出良好的压电和介电性能:d33=560pC/N,k31=0.376,kp=0.642,s1E1=16.5×10-12 m2/N,εr=3 125。     

Cymbal型压电换能器等效压电常数影响因素分析

通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析,给出了其压电方程的边界受力约束条件,建立了Cymbal型压电换能器等效压电常数de33函数模型。模型计算结果与试验结果吻合。并利用该模型,分析了Cymbal换能器几个关键参数对等效压电常数de33的影响规律。     

BNKT BZT陶瓷的制备和性能研究

采用传统固相法制备了Bi0.5(Na0.825K0.175)0.5TiO3-Ba(TiyZr1-y)O3 (BNKT-BZT)无铅压电陶瓷.运用XRD、SEM等技术表征了陶瓷的晶体结构、形貌、介电和压电性能.研究结果表明,在所研究的结构范围内,所有陶瓷样品都形成钙钛矿固溶体.陶瓷晶粒的尺寸随x、y适当的增大而增大,压电性能随x、y的增大先增大后减小,在x=0.05,y=0.2(摩尔比)时,压电常数d33=157 pC/N,介电常数εr=1 510.     

Ba (Ti0.8Zr0.2)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3无铅陶瓷的显微结构和压电性能

采用传统固相反应制备出了高压电常数的Ba(Ti0.8 Zr0.2)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT)无铅压电陶瓷材料,研究了BCT含量对于体系结构、压电与介电性能的影响规律.结果表明,x=0.45～0.60时,BZTxBCT系统处于准同型相界附近,BZT-xBCT陶瓷时主晶相为钙钛矿相结构,当x＞0.50时,出现少量的第二相CaTiO3.当x=0.50时,陶瓷的性能达到最佳,其介电常数ε、压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm、频率系数Np分别为2 900,385 pC/N,0.456,124和2 740 Hz·m.由此可认为位于准同型相界附近的BZT-xBCT是一类很有前途的无铅压电材料.     

Piezoelectric effects in HgCdTe devices

Piezoelectric effect in long-wavelength infrared (LWIR) HgCdTe has been studied using metal-insulator-semiconductor (MIS) and p-n homojunction devices. A cantilever beam technique was used to measure the shift in flatband voltage in the MIS devices as a function of applied strain, from which piezoelectric constant was derived. This is the first time such a value has been reported in the literature. Subsequent calculation showed that the thermal stress from cryogenic cool (from 300 to 77K) of hybridized infrared devices fabricated on (111) HgCdTe surfaces induced a piezoelectric field of∼1840 V/cm. This field is present in the space charge regions in the semiconductor where there is no free carrier. It reinforces the built-field in an n-on-p diode fabricated on the (111)A HgCdTe surface. Thus, the diode is more prone to the thermal stress than one fabricated on the (lll)B surface. Electrical measurement of reverse-bias dark currents in HgCdTe photodiodes under applied compressive and tensile stress confirmed the existence of a strain-induced field in the junction.     

KDP晶体电弹常数的测量

采用LRC电桥、谐振法和干涉法分别测量了磷酸二氢钾(KDP)晶体的相对介电常数、弹性应变常数和压电应变常数,并与文献中的相应数值作比较。该文实验测到KDP晶体的弹性柔顺系数s11=3.11×10-11 m2/N,弹性劲度系数c11=4.6×1010 N/m2,与以往相关文献中报道不符;压电应变常数d14=9.51×10-12 C/N,纠正了以往相关文献中的不精确报道;其他电弹系数的测试结果与文献数值相符。