交流信号检测的多壁碳纳米管湿度传感器模型(英文)

为研究交流信号检测的多壁碳纳米管(MWCNTs)湿度传感器模型,通过扫描电子显微镜对传感器敏感薄膜(MWCNTs-SiO2薄膜)的孔隙结构进行观察,并使用表面积与孔隙(ASAP)分析系统对薄膜孔隙率进行分析.利用Debye方程对敏感薄膜中凝聚出液态水介电损耗的描述建立传感器模型.为了验证该传感器模型,制作了一种基于MWCNTs-SiO2的电导型湿度传感器,在100 kHz测试频率下,对不同相对湿度环境中的传感器电导值进行测试,利用测试结果与所建立模型进行拟合,发现R2大约为0.979,可见该模型可以用来描述传感器湿敏特性.     

不同测试电压下多壁碳纳米管湿度传感器的稳定性(英文)

为提高碳纳米管(CNTs)湿度传感器的检测精度,研制了一种电阻型碳纳米管湿度传感器.阐述了传感器的结构、工作原理与制作过程,并对传感器的稳定性进行了实验与理论分析.建立并求解了对应于两根碳纳米管间势垒的薛定谔方程.分析结果表明传感器内部碳纳米管的稳定决定了传感器的稳定性,并且测试电压会影响碳纳米管的稳定性对传感器电阻波动的影响.实验结果表明传感器的工作电压影响着传感器的稳定性,当测试电压为5V时传感器电阻波动范围大约是工作电压为15 V时的5倍.     

多壁碳纳米管湿度传感器频率特性(英文)

为了研究测试频率对传感器性能的影响,改善多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)湿度传感器检测方法并提高传感器检测精度,对传感器频率特性进行了分析.在玻璃衬底上利用蒸镀和光刻技术制作了叉指电极,在电极表面涂敷了MWCNTs-SiO2敏感薄膜,最后通过烧结完成传感器制作.利用饱和盐溶液法产生相应湿度值,并使用RCL自动测试仪对传感器进行测试,测试频率选择在1 kHz到500 kHz之间.对传感器频率特性进行了实验与理论分析,结果表明,该传感器电容值对环境湿度敏感,并且其敏感特性受传感器检测频率的影响.使用毛细凝聚理论以及电解质物理理论对上述实验现象进行了合理的解释.传感器静态电容以及对湿度的灵敏度均随着测试频率的增加明显降低,测试频率为500 kHz时传感器灵敏度仅为测试频率1 kHz时的0.24倍.     

基于数值模拟的碳纳米管水泥基复合材料导电机理分析

通过建立碳纳米管水泥基复合材料的代表性体积单元模型,基于有限元法进行了有效介质方程导电模型的拟合和感知性能的计算,得到碳纳米管水泥基复合材料在荷载作用下的应力与体积电阻率的关系,在此基础上了分析了碳纳米管水泥基复合材料的导电机理。研究结果表明,碳纳米管体积掺量为1.50%时,随碳纳米管直径减小及长径比增大,有限元数值解的有效介质方程拟合值变化不大,这是因为1.5%的掺量已超过渗流阈值且有限元分析只考虑接触导电;当碳纳米管的体积掺量在0.31%~1.33%范围内时,碳纳米管水泥基复合材料的感知性能满足Simmons隧道效应普适方程。     

基于层层自组装纳米碳管薄膜的应变传感器

以层层自组装单壁碳纳米管网状薄膜为敏感材料,在柔性基底上制作了应变传感器,并对薄膜和器件性能进行了测试。测试结果表明:薄膜组装均匀,电导性良好,电阻随组装层数增加呈指数态下降;器件对应变呈现较好的敏感特性、线性响应和可恢复性,灵敏度为4.25;通过添加防护层屏蔽外界湿度及光照影响,传感器稳定性显著提高。该传感器可用于弯曲表面的应力应变检测。     

交流阻抗法测试质子交换膜电导率的影响因素

介绍了质子交换膜电导率测试的方法,并分析了实际的实验数据与结果。探讨了电极材料、湿度、频率范围、扰动电压、测试温度对测试结果的影响。重点讨论了实验条件、电极处理以及拟合方法等因素对质子交换膜电导率的影响。结果表明,电极材料的选择对测试结果的影响最大,其次为阻抗频率。采用简单的铜渡铂两电极的测试装置,阻抗频率范围为(1～8×106)Hz,扰动电压为10mV时,得到的交流阻抗图谱为标准的固体电解质阻抗图谱。说明降低膜样与电极的接介电阻和空气电阻是提高测量的线性度和精度主要因素。     

箔式镱应力传感器的动态压阻特性研究

利用空气炮对研制的箔式镱应力传感器的动态压阻特性进行了校准,给出了传感器响应的校准拟合直线方程和线性误差,表明该传感器具有量程范围宽、频响高、线性度较高、温度系数小等特点,可广泛应用于强冲击荷载下混凝土或岩石等介质中的应力测试.     

基于c‒MWCNTs/GO体系的湿敏型智能包装研究

目的 优选羧基化多壁碳纳米管(c–MWCNTs)与氧化石墨烯(GO)作为敏感材料制备湿度传感器,对其湿敏特性进行研究,探索一种能够快速精确监测包装内湿度变化的传感器。方法 通过丝网印刷工艺印制传感器电极基底,在电极表面涂布c–MWCNTs/GO湿敏溶液,混合湿敏溶液中c–MWCNTs的质量分数分别为20%和67%,烘干后得到电阻型湿度传感器,测定其灵敏度、动态响应、响应恢复时间、吸湿滞后性、重复性等湿敏特性。结果 选用长度为0.5~2 μm的c–MWCNTs制备的湿度传感器灵敏度、线性度优于10~30 μm的。质量分数分别为20%和67%的c–MWCNTs的湿敏溶液制备而得的传感器均对不同湿度敏感,而当c–MWCNTs质量分数为67%时灵敏度更高,线性度更好,在低湿(相对湿度为33%)时响应和恢复时间分别为7 s和3.9 s,高湿(相对湿度为85%)时分别为20 s和15 s,最大吸湿滞后值为17%。结论 将c–MWCNTs与GO掺杂用于制备湿度传感器,可以检测的相对湿度范围为11%~98%,且c–MWCNTs质量分数为67%时传感器具有较高的灵敏度、良好的线性度、良好的重复性、快速的响应恢复能力和较小的吸湿滞后,在未来包装湿度监控应用方面具有广阔前景。     

一种冲击波压力传感器的准静态校准神经网络模型

由冲击波压力传感器准静态校准原理,间接比对式校准的精度取决于重锤的落高与压力拟合模型的精度,本文采用RBF神经网络建立了以落高为输入量、冲击波压力峰值为输出量的神经网络模型。选用典型标准压力传感器,在7~30 MPa量程范围开展校准实验;通过对测试样本进行分析,结果表明:该神经网络模型预测的最大相对误差不超过0.04%,比多项式拟合模型和指数拟合模型高一个数量级。落高与压力拟合模型引入的不确定度是构成冲击波压力传感器动态测量不确定度的一个重要分量,通过建立高精度的重锤落高与冲击波压力峰值神经网络拟合模型,为进一步提高冲击波压力传感器的测量精度奠定了基础。     

一元线性回归分析方法在压力传感器数据拟合中的应用

针对压力传感器在工程测量中需要根据计量检定数据获取压力传感器输出值和所加载标准压力值之间关系的问题,采用正态检验和方差分析的方法分析了压力传感器输出电压值和标准压力值之间的特征关系。根据相关系数值的计算结果,建立一元线性回归模型。分析了一元线性回归模型的拟合优度、模型线性关系、回归系数和模型的残差。结果表明：一元线性回归分析方法能够应用于计量检定工作中的压力传感器检定数据拟合分析,这对计量检定人员研究其他类似检定数据的拟合方法具有重要的参考价值。     

酸处理对MWCNTs石英晶振微天平VOCs传感器灵敏度的影响(英文)

为分析酸处理过程对石英晶振型碳纳米管(CNTs)有机(VOCs)气体传感器灵敏度的影响,制作了一种多壁碳纳米管(MWCNTs)石英晶振式VOCs传感器.发现酸处理可以明显提高传感器灵敏度,利用毛细凝聚原理与开尔文公式对上述实验现象进行了分析.另外,比较了传感器对不同有机气体(甲苯、乙醇和丙酮)的灵敏度,研究结果表明传感器灵敏度与气体饱和蒸汽压有关,同样,该实验现象可利用毛细凝聚原理与开尔文公式来解释.     

SiC/CNTs纳米复合材料吸波性能的研究

采用聚碳硅烷前驱体转化法制备了SiC/CNTs纳米复合材料, 采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨电子显微镜对样品进行了微观结构分析, 并测试了材料在2～18GHz频率范围内的电磁参数. 结果表明, 当初始聚碳硅烷/二甲苯溶液浓度为10%～15%时, 聚碳硅烷前驱体转化法在CNTs表面可以制备SiC包覆层均匀致密的复合一维纳米材料. SiC包覆CNTs一维纳米材料的电磁参数测试表明, 其损耗机制以介电损耗为主, 当聚碳硅烷含量为15%时, SiC/CNTs纳米复合材料具有最高的介电常数和损耗角, 较好的电磁波吸收特性, 并表现出复合效应.     

A hygrometer comprising a porous silicon humidity sensor with phase-detection electronics

A novel hygrometer is presented, comprising a capacitive humidity sensor with a porous silicon (PS) dielectric and electronics. The adsorption of water vapor by the PS layer leading to change of its effective dielectric constant is modeled with an effective medium approximation (EMA). A simple, but precise, phase-sensitive electronic circuit has been developed. This detects any change of phase of a sinusoidal signal transmitted through the PS dielectric and correlates to ambient humidity. It is outlined how the nonlinear response of the sensor is compensated through piecewise linearization. The sensor is tested in combination with the phase detection circuitry. Excellent linearity over the entire range of relative humidity is achieved. Experimental results show a resolution better than 0.1% and an accuracy of 2% (near the transition region) and better than 0.1% (otherwise). The response time is less than 10 s with good stability.     

桐马环氧玻璃丝粉云母绝缘材料的耐盐雾湿热老化特性

为了研究海洋能电机主绝缘材料耐盐雾湿热老化能力,对电机多胶模压（Resin-Rich Molding,RRM）桐马环氧玻璃丝粉云母（Tong-ma Epoxy Glass Fiber Power Mica,TEGM）绝缘材料进行模拟海洋气候的盐雾湿热老化试验,测试了不同老化周期下材料的吸水率变化,并结合扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）的观测结果分析了材料老化前后微观形貌的变化。利用宽频介电阻抗谱仪测试不同老化周期和不同测试温度下的TEGM绝缘材料的频域介电参数变化,并运用电介质极化理论分析老化前后的微观结构形态变化和宏观介电性能之间的关系。研究结果表明,TEGM绝缘试样老化过程中的吸水性呈现快速吸湿、缓慢吸湿和饱和吸湿3个阶段;随着老化时间的延长,材料相对介电常数和介质损耗因数呈上升趋势,利用频域介电谱（Frequency Domain Spectroscopy,FDS）曲线可较好反映绝缘材料的老化状态;通过对测试数据的拟合,得到老化绝缘材料的介电参数与材料吸水率在低频下存在的二次方程关系。     

2.4GHz无线信道特性在火龙果园的试验与研究

为解决火龙果园无线传感器网络监控系统的规划和布置,研究无线网络射频信号在坡地火龙果园特定环境下的信道传播特性和衰减模型。选用2.4GHz为载波频率,基于ZigBee协议改变通信距离、发射功率、数据包长度、天线高度等多项参数,试验和分析无线信道在约35°坡地果园中的接收信号强度和平均丢包率;建立接收信号强度和环境因子、通信距离间的数学模型;改变试验环境,对比开阔环境和果园环境对无线网络通信质量的影响。试验结果表明:接收信号强度随着通信距离的增加而减小;其平均丢包率随距离增大、作物密度增强、数据包长度增大、天线高度降低而增大;相对于开阔环境,火龙果园会加速信号的衰减、增大平均丢包率。对试验数据进行拟合,并建立其与通信距离间对数数学模型,其r2在0.8889~0.958之间,得出火龙果园信号衰减系数平均为-18.29。     

Effect of neodymium doping on structural,electrical and magnetic properties of multiferroic GdMn<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>5</Subscript>

Neodymium doped gadolinium manganate with general composition (Nd_0.1Gd_0.9Mn₂O₅) was prepared by co-precipitation method. Microstructural and compositional analysis has been carried out by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The optical studies have been carried out by Raman and FTIR. The electrical properties studied include dielectric constant, dielectric loss, ac conductivity and activation energy in the temperature range 20–400 ?°C. The shift in the dielectric peak towards higher temperature side with increasing frequency indicates frequency dispersion and suggesting the relaxational behaviour of the material. Frequency dependence of ac conductivity obeys the universal power law. The value of activation energy depends on increase in frequency. The room temperature magnetic behaviour has been analyzed from the magnetic field dependent magnetization curve. The grown material exhibits the paramagnetic behavior at room temperature.     

基于激光直写的柔性天线传感器研究

激光直写是一种高效、可规模化制备柔性电子器件的技术。本文采用激光直写技术在具有良好介电性能的聚酰亚胺薄膜上制备了一种可用于应变传感和湿度传感的柔性环形天线传感器。利用激光碳化聚酰亚胺获得的材料表面呈现多孔及堆叠片层碳结构,当施加于天线上的应变和环境湿度改变时,天线的谐振频率会发生规律变化,进而实现应变和湿度感知。制备的环形天线传感器的应变响应灵敏度为?8.943 kHz/με,湿度响应灵敏度为?6.45 MHz/RH%。采用激光直写技术制备的天线传感器可以广泛应用于结构健康监测等领域。