基于C型太赫兹超材料的高灵敏度生物传感器

提出了一种基于C型超材料的太赫兹波段高灵敏度透射型生物传感器。利用电磁场软件CST2016对其传感器的特性进行研究。通过改变四个微纳金属结构的旋转角度、微纳金属结构的位置,对其传感器的Q值特性进行了分析,并进一步研究了微流通道的通道高度、覆盖层和基底的介电常数对其传感器灵敏度的影响。研究结果表明,当微纳金属结构旋转角度75°,上下金属结构间位置相对平移3μm,微流通道高度45μm,覆盖层和基底采用相对介电常数为2.25的聚乙烯材料时,设计的C型超材料生物传感器的灵敏度为0.0936 THz/RIU。该传感器在太赫兹波生物医学领域有着广阔的应用前景。     

THz-TDS信号的相似性度量及其应用

太赫兹(Terahertz, 简称THz)波段位于微波和红外线之间,属于远红外线和亚毫米波范畴。太赫兹时域光谱(Terahertz time domain spectroscopy,简称THz-TDS)信号脉冲具有宽频带特性,其中蕴含了丰富的信息,但同时也给THz-TDS信号的分析和处理带来了困难。太赫兹时域光谱信号的处理和分析还处于起步阶段。基于几何代数理论,本文首先将在频率域上的THz-TDS信号表达为高维实矢量空间中的矢量,并对这些矢量使用几何代数中的超复数来进行描述。针对THz-TDS信号的特点,本文引入矢量外积定义了THz信号矢量的相似性函数,以此来度量THz信号的差异。同时本文还使用几何代数语言定义了矢量间的欧几里德距离,并且分别推导欧氏距离和相似性函数的具体计算方法。最后,本文具体地将这两种度量应用于THz-TDS信号的分类和辨识中,并和传统的欧氏距离进行了对比实验。本文给出的实验验证了这两种度量的可行性和有效性,并且表明本文提出的相似性函数相比于欧氏距离具有更好的抗干扰能力;特别的,在待辨识的物质种类较多和信号集波形出现混杂的情况下,本文提出的信号矢量间相似性函数能更好地度量THz信号之间的差异。      

基于双开口环型的太赫兹超材料传感器设计

设计了一款可用于检测材料折射率及厚度的双开口环型太赫兹超材料传感器,其结构由双开口方环与圆环嵌套的超材料结构和聚酰亚胺衬底两部分构成.当太赫兹波垂直入射超材料表面时,该传感器结构在0.8～1.8 THz范围内形成三个高Q值谐振峰(中心频率分别为f1,f2和f3).通过探讨超材料结构表面电流分布与三个谐振峰形成的关系,观察到超材料结构对入射太赫兹波的不同响应特性导致产生不同的表面电流分布.此外,还对该传感器在折射率传感和厚度传感方面的应用进行了探究.在待测物厚度一定的情况下,该传感器在谐振频率f1,f2和f3处的传感灵敏度分别可达170,103和119 GHz/RIU,均具有优越的传感特性,可利用其多谐振峰进行高灵敏度折射率传感.这种高灵敏度的多谐振峰折射率传感器可以检测到待测分析物的微小变化,在生物化学检测领域具有广阔的应用前景.     

基于柔性超材料的太赫兹超高灵敏度生物传感器设计

太赫兹超材料具有非电离辐射特性,且对弱共振敏感,在生物传感应用中具有优异的性能.针对目前太赫兹波段生物传感器灵敏度仍需提高的需求,提出了一种在柔性聚酰亚胺电介质上制备的平面阵列法诺不对称开口环谐振器.该传感器对附着其表面的待测生物样本高度敏感.仿真结果表明,该柔性超材料生物传感器的灵敏度可达1018 GHz/RIU,质...     

基于类电磁诱导透明的太赫兹超材料传感器性能分析

本文提出了一种基于类电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)效应的太赫兹超材料折射率传感器.该器件结构单元由介质层和金属层构成,金属层是由四开口环和金属条组合的非对称结构.传感器透射谱产生了尖锐的透明峰,实现了类EIT效应.仿真分析了该器件的传感性能,实现了Q值为92.0、折射率灵敏度为61.0GHz/RIU、品质因数(Figure of Merit,FOM)为8.5的折射率传感功能,远优于对称结构的开口谐振环传感器.这种具有较高Q值、较高灵敏度和偏振不相关性的太赫兹超材料传感器在无标记的化学、生物传感中具有潜在应用价值.     

基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

设计加工了一种太赫兹超材料微流体传感器件,利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）对其在太赫兹波段的传输、谐振及传感特性进行数值模拟。采用太赫兹时域光谱系统实验研究了偏振方向对传感器灵敏度的影响。实验结果表明,当超材料谐振环开口方向与入射太赫兹波的偏振方向平行和垂直时,折射率传感灵敏度可分别达到39.29 GHz/RIU和74.43 GHz/RIU。通过等效电路模型对该超材料器件的传输和谐振特性做了分析,并进一步明确了其传感机制。该超材料器件可对微量液体（5 l/mm2）实现芯片式的折射率传感,具有较高的传感灵敏度,在化学生物传感器的设计和制造领域具有潜在的应用前景。     

基于太赫兹超材料的牛血清白蛋白传感器研究

太赫兹波具有非电离、对非极性物质穿透性高、对氢键等弱共振敏感等特性,是生物、材料、化学等领域的重要研究对象。蛋白质、糖类等生物大分子的转动频率和基团的振动频率以及分子之间弱相互作用的特征频率恰好处于太赫兹频段,这赋予了太赫兹光谱技术在生物医学领域中极大的发展潜力。然而,由于待测物尺寸一般小于太赫兹波长（0.03～3.00 mm）,微量的待测物难以引起谱线的改变,太赫兹光谱检测灵敏度较低。能够灵活操控电磁波特性的超材料为解决上述问题提供了新的思路,通过设计不同的结构及参数,能够得到谐振频率位于太赫兹波段的超材料,微量的待测物即可引起谱线的明显变化。基于共振型太赫兹超材料构建了牛血清白蛋白（BSA）传感器,实验结果表明,当BSA溶液的体积质量为2.0～8.0 mg/mL时,传感器共振频率偏移量与溶液浓度呈线性关系,传感器的最低浓度检测限为0.3 mg/mL。     

基于石墨烯超材料的太赫兹五频段折射率传感器

针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题,提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真,确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比,通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明,该折射率传感器在频率为4.535、6.368 1、8.253、10.395和11.321 THz时达到折射率吸收峰值,吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%,且5个波段中最高折射率灵敏度为436 GHz/RIU。与其他折射率传感器相比,该折射率传感器波段多且灵敏度高,具有良好的传感性能,可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。     

非对称针尖结构对远红外超材料谐振性能的影响研究

为提高远红外超材料的品质因子Q和检测灵敏度,本文研究了一种用于金属远红外超材料的非对称针尖设计。以传统双开口方形谐振环为模型,通过理论模拟,研究了开口狭缝针尖角度变化对其电场分布、谐振频谱以及品质因子Q的影响。结果表明,非对称针尖增强了谐振环的表面电场局域性,减小了谐振峰的半峰宽,并使品质因子Q提高到传统谐振环（非针尖设计）的三倍以上。该研究结果为开发高灵敏远红外超材料传感器提供了新的思路,并为传统开口谐振环提出了一种简单实用的Q因子优化方法。     

一种基于介质谐振器的新型电磁超材料

文章设计了一种基于介质谐振器的新型混合左右手结构。该结构由工作在横电模式TE的介质谐振器嵌入到平行平板波导中组成。数值分析表明：工作频带为12 GHz～14 GHz,在13.15 GHz频率下相移为零。该结构在整个通带内插入损耗低于0.6 dB,同时具有极低的通带波纹,表现出了良好的传输特性。与普通的混合左右手结构相比,其结构简单,插入损耗较低,在高频时导体损耗也较低,在超级透镜、天线等领域具有很好的应用前景。     

Investigation of the antenna characteristics with the impact of hexagonal metamaterial

Antenna miniaturization is a typical trend in contemporary wireless systems, notably for current wireless technology, to meet multiband needs while preserving high transmission qualities. The terahertz (THz) regime is helpful in advanced applications and significantly impacts wireless technology. This paper proposes a double-layered hexagonal split ring resonator (HSRR) based on a microstrip patch antenna (MPA) and analyzes the simulated characteristics. The HSRR width is varied for different thickness “w” values and compares the analysis of with and without HSRR in the antenna. Due to the impact of metamaterials, the optimized antenna produces −44.02-dB return loss, 1.012 voltage standing wave ratio (VSWR), 6.47-dBi gain, and 4.78-dB directivity at 1.8-THz frequency. This proposed antenna is suitable for THz applications, which include high-speed data rate in wireless communication, bio-medical field, and THz spectrometer.     

A novel design of circularly polarised antenna based on metamaterial

This article presents a novel design of circularly polarised microstrip antenna based on a metamaterial reflection plane and a half-wave antenna. The metamaterial is composed of two pieces of substrates coated on one side with split ring resonators. Both the experimental and simulated results show that good circularly polarised radiation performances are obtained. The 10?dB return-loss impedance bandwidth and 3?dB axial ratio bandwidth of proposed antenna are 12% and 7%, respectively, and the gain of proposed antenna compared with the half-wave antenna is improved from 6?dB to 9?dB in the design frequency range.     

SAW氢传感器敏感薄膜的研究进展

氢敏薄膜的性质对SAW氢传感器的性能起着至关重要的作用。综述了SAW氢传感器敏感薄膜的国内外研究进展,比较了金属型和金属氧化物半导体(MOS)型薄膜材料的特点,着重阐述了金属氧化物半导体薄膜对SAW的作用机理和改性途径,以及纳米技术在SAW氢传感器敏感薄膜中的应用,展望了氢敏薄膜的发展方向。     

Energy efficient MAC protocol for delay‐sensitive data transmission over wireless sensor network

This paper presents an energy efficient medium access control (MAC) protocol for delay‐sensitive data transmission over wireless sensor network. In general, energy consumption and delay depend on channel monitoring interval (CMI) and data sensing period at each sensor node. Based on this fact, we propose a new preamble structure to effectively advertise CMI and avoid the overhearing problem. In order to pursue an effective tradeoff between energy consumption and delay, we also develop a CMI determining algorithm that searches for a sub‐optimal solution with a low computational complexity in a distributive way. Finally, experimental results are provided to compare the proposed MAC protocol with existing sensor MAC protocols. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于侧边抛磨多模光纤的高灵敏度折射率传感器

提出一种可于生物传感的侧边抛磨多模光纤(SPMMF)折射率传感器。针对1.300~1.430折射率范围传感特性,研究了纤芯直径50.0、62.5和105.0μm的多模光纤(MMF)侧边抛磨不同深度时SPMMF折射率传感器的光谱特性和光功率传输特性。结果表明,在1.300~1.430折射率范围内,光纤纤芯直径和剩余半径(抛磨面到纤芯中心的距离)越小,传感器灵敏度越高;纤芯直径为50.0μm、剩余半径为0μm时,可以获得最高达42.23dB/RIU的灵敏度,最小分辨率为2.37×10-5RIU;纤芯直径为105.0μm、剩余半径30μm时,SPMMF折射率传感器仍有10-5 RIU量级的分辨率。     

基于AuPd/CNT敏感材料的电化学传感器对对乙酰氨基酚的检测

金属纳米材料由于其自身优异的催化性能成为电化学催化剂发展最为迅速的一类催化材料,贵金属催化剂的性能尤为明显。本文利用湿化学法合成了粒径为(8.26±0.2)nm AuPd双金属纳米材料,并与多壁碳纳米管进行复合获得AuPd/CNT复合材料,以此作为敏感材料构建了电化学传感器。Au为主催化剂,Pd为助催化剂,双金属催化剂的协同作用有效地提升了催化性能。以AuPd双金属纳米材料构建的电化学传感器对对乙酰氨基酚(PA)的定量测定具有宽的线性范围(4~1000μmol/L)、低的检测限(0.05μmol/L)。将传感器用于感冒片剂中对乙酰氨基酚的定量测定取得满意的结果,表明AuPd双金属纳米材料在构建电化学传感器用于PA检测中具有良好的应用前景。     

基于物联网的食品溯源系统设计与实现

近些年来,食品追溯系统作为控制食品质量安全的有效方法在国内外日益受到重视.而且在社会经济快速发展与居民生活质量水平不断提升下,对于食品的安全提出了严格要求.文章首先对食品溯源系统中的物联网关键技术进行介绍,然后依据需求完成系统具体设计,从而落实基于物联网食品追溯系统的设计和实现.