Sn掺杂ZnO纳米结构湿度传感器的制备与特性

首先采用水热法制备了四种不同Sn掺杂量的一维Zn1-xSnxO纳米结构材料,然后通过介电泳纳米操控技术将制备的四种纳米结构排布到预先设计的Ti/Au电极之间,进而构建四种湿度传感器,并进行传感特性测试。通过对四种传感结构的测试结果分析发现,采用原子数分数为3%的Sn掺杂ZnO纳米材料构建的传感器具有较好的传感特性,相对湿度在11.3%～97.3%内其最大灵敏度为7 397%,响应与恢复时间均为2 s。结合湿度多层吸附理论深入研究掺杂对湿度传感特性的影响。结果表明,通过Sn掺杂对纳米结构中载流子浓度以及晶格应变的调控,可以有效改善材料的电导与表面特性,提升Zn1-xSnxO纳米湿度传感器的灵敏度、响应与恢复时间和迟滞等传感特性。     

基于烛灰纳米颗粒层的高灵敏度MEMS湿度传感器

提出了一种基于烛灰纳米颗粒层的高灵敏度、快速响应的微电子机械系统(MEMS)湿度传感器。该湿度传感器的制备工艺简单方便、成本低廉,仅包括烛灰纳米颗粒层的沉积、烛灰纳米颗粒层表面的氧等离子体亲水化处理和金属电极的制备三个步骤。实验表明,在30%～90%相对湿度内,该MEMS湿度传感器的灵敏度高达4.17 MΩ/%RH,响应和恢复时间分别为2 s和8 s,同时具有较好的稳定性和重复性。此外,使用此传感器对呼吸频率进行检测,实验结果表明此湿度传感器可以精确地跟踪人的呼吸,因此所研究的湿度传感器在生物医学、环境监测等领域具有潜在应用。     

柔性压力传感器成型技术及制备工艺研究进展

应用日益广泛的可穿戴设备要求其中的传感器件可拉伸、可弯曲,因此柔性传感器已受到人们的重视。文章对柔性压力传感器的微结构、材料、制备工艺等方面进行了综述,重点总结了现阶段柔性传感器所采用的各种结构,比较了天然微结构、仿生表面微结构、多孔结构、多级结构、多层结构柔性压力传感器的重要性能。介绍了目前常用的柔性基底材料和导电活性材料,对比了光刻技术、3D打印等制造工艺的优缺点,对柔性压力传感器的未来研究方向进行了展望。文章对相关柔性器件的研究具有较高的理论价值和工程参考意义。     

一种用于湿度监测的LC无线无源传感器的制备与测试

提出了一种采用丝网印刷和亚胺化工艺制备的LC无线无源技术的二硫化钼(MoS2)/聚酰亚胺(PI)湿度传感器。对比了不同超声时间下的二硫化钼/聚酰亚胺复合材料的湿度敏感性能,得出对湿度最灵敏的材料为超声4 h的二硫化钼/聚酰亚胺材料。测试结果表明,制备的器件在量程10%RH～95%RH内具有较好的频率响应,频率变化值为6.205 MHz;在高湿度范围内(60%RH～95%RH),传感器的灵敏度可达153.59 kHz/%RH。此外,该传感器的响应和恢复时间分别为7.2 s和10.4 s,迟滞性误差约为5%RH且具有较好的稳定性。该传感器可广泛应用于化学合成和矿井环境等领域的湿度监测。     

无卷边单分子层WS2纳米片原子结构的高分辨电子显微术研究

本文利用高分辨电子显微术(HRTEM)确定了无卷边的单分子层WS2纳米片的原子结构像.通过对样品不同区域HRTEM像进行傅里叶变换(FFT)分析,得到了各个区域的WS2纳米片的晶体取向,确定了WS2纳米片分子层数分布.根据电子显微像强度与样品层数的线性关系以及WS2纳米片的单分子层数分布模型,确定不同区域WS2纳米片的分子层数.为了进一步定量分析结果的正确性,通过模拟电子显微像在不同碳膜厚度及不同成像条件下WS2纳米片的HRTEM像,也确定了在像衬度上与实验像很好的匹配.     

纺织基底无芯片RFID 湿度传感器

研制了一种无湿敏材料的纺织基底无芯片RFID 湿度传感器用于检测环境湿度。通过射频仿真软件 HFSS,获得谐振频率在2. 45 GHz 具有较高品质因数的纺织基底谐振器模型,对以谐振频率偏移量作为灵敏度指标 的检测原理进行了仿真。利用丝网印刷工艺和刻绘工艺分别在不同类型纺织物上制作了无芯片RFID 湿度传感器, 系统研究了制作工艺、纺织品类型和厚度对传感器湿敏特性的影响。结果表明,0. 5 mm 厚度下不同基底类型湿度传 感器的灵敏度由高至低依次为:棉基底、亚麻基底、聚酯纤维基底,恢复特性呈相反顺序,其中棉基底传感器在高湿 范围内平均灵敏度达3. 8 MHz/ %RH,聚酯纤维基底传感器恢复度达86%;相同类型的棉纺织基底下基底厚度越大, 平均湿度灵敏度越高,恢复特性越差。传感器稳定性测试表明传感器具有较好的中长期稳定性。对纺织基底湿度 传感器的感湿机理进行了分析,纺织纤维中的亲水基团与水分子间形成氢键,改变了基底的介电参数,传感器的湿 敏特性与组成纺织品的纤维成分、纤维细度、编织方式有关。     

一种电容式Al2O3湿度传感器

在单晶Si片上热生长一层SiO2薄膜，采用真空淀积的方法制备一层Al薄膜，然后利用铝阳极氧化的方法获得一层多孔Al2O3薄膜。设计制作了电容式Al2O3湿度传感器，测试结果表明，该器件具有较好的感湿特性和较宽的感湿范围。     

基于MEMS技术的柔性Ni基热敏传感器阵列研制

利用Ni材料的高电阻温度系数特性,结合MEMS微加工技术,研究开发了全柔性的Ni基热敏传感器及其阵列.对传感器阵列的材料选择、Ni薄膜电阻的特点以及制备工艺进行了研究.通过油浴升温和电流阶跃响应方法实现了对传感器重要静态、动态参数的测量.实验结果表明,该热敏电阻传感器在5～80 ℃范围内具有电阻温度系数高、热响应速度快的特点.该柔性传感器阵列可方便贴附于曲型表面,为温度、速度、剪应力等快速分布式低侵入测量提供了新型支持手段.     

基于三维导电网络多孔敏感层的柔性电阻式应变传感器

柔性应变传感器在人体运动检测、人机交互等可穿戴领域应用潜能巨大。设计了一种基于三维导电网络多孔敏感层的柔性电阻式应变传感器。基于炭黑(CB)/石墨烯纳米片(GNP)/热塑性聚氨酯(TPU)导电复合材料构成敏感层的三维导电网络。采用非溶剂致相分离法诱导TPU的分离在敏感层内部制造多孔结构。由于高效的协同导电网络和多孔微结构的有效结合,传感器具有较高的灵敏度(应变系数最大为40.66)、较宽的拉伸范围(ε=0～25%)和良好的循环拉伸可靠性。实验表明,该传感器的电阻输出变化在检测手指弯曲/恢复过程中具有较好的对称性,在智能可穿戴领域展示出潜在的应用价值。     

基于SHT11传感器的温湿度测量系统设计

研究了基于SHT11温湿度传感器和单片机技术的智能温湿度测量系统。系统使用SHT11温湿度传感器实时采集温湿度数据;同时采用AT89s52单片机进行数据的存储和计算等处理;并通过扩展外围电路设计了一个集多种应用功能于一体的温湿度值检测系统。该系统具有测量精度高、可靠性强、体积小、成本低,且使用操作方便等优点。     

基于Mach-Zehnder干涉的湿度光纤传感器的研究

介绍了一种可测量相对湿度的March-Zehnder(MZ)干涉的湿度光纤传感器,其传感结构是在两段标准单模之间腰椎放大熔接一段长为15 mm的单模光纤,并在中间的单模部分涂上一层5%的聚乙烯醇(PVA)。PVA的折射率随着环境湿度的变化而改变,从而使包层模有效折射率发生变化。当中间单模光纤周围环境湿度发生变化时,相应干涉峰中心波长也会发生移动,通过测量透射光谱来测量包层周围环境的湿度变化。实验测得该湿度传感器的灵敏度为0.0983 nm/%RH(RH表示相对湿度)。实验也证明基于MZ干涉的湿度光纤传感器具有良好的稳定性等一系列突出的优点。     

一种超声波测距传感器温湿度补偿装置

针对现有超声波测距传感器测量精度受温湿度影响的缺点,提出并实现了一种对温度和湿度同时进行补偿的超声波测距传感器温湿度补偿装置,通过对温度和湿度的补偿在一定范围内提高了超声波测距传感器的测量精度.     

基于CMOS工艺的硅基PI湿度传感器的研制

在国内外湿度传感器研究的基础上,基于Si CMOS工艺研制出了以聚酰亚胺(PI)为感湿介质的电容型相对湿度传感器.并对其结构进行了理论分析,仔细确定了湿度传感器的工艺步骤和版图设计.对其测量范围、湿滞和响应时间等特性参数进行了详细的测试.通过实验结果与模拟结果的对比分析,给出了该实验中存在的问题和改进意见,以便在今后的研究中加强这方面的工作.     

基于LabVIEW的温湿度测量系统

随着虚拟仪器的飞速发展和气象事业的自动化,将虚拟技术和气象要素测量相结合成为可能.将传感器测量到的数据通过数据采集卡采集到计算机,再利用虚拟仪器开发软件LabVIEW进行编程,向用户提供操作界面和显示界面,实现了环境温度、湿度的数据采集、传送、分析和显示,并向用户提供历史查询.利用虚拟仪器,用户还可以根据自身需求自行改变系统功能,节省了大量的人力、物力,使测量工作更加方便、快捷.     

新型声表面波湿度传感器的研究

乐甫(Love)波其质点振动方向垂直于传播方向,同时又平行于基片表面,在基片法线方向上无振动分量。因此当基于Love波的电子器件在接触液体时Love波能量损耗很少,因而乐甫波声表面波(SAW)传感器主要用于液相检测。在石英上表面及在其上面淀积的SiO2薄膜中激发、传播的乐甫波对SiO2薄膜质量的变化很敏感,因此该文研究了基于乐甫波的湿度传感器感知气体环境的湿度含量。该文乐甫波湿度传感器采用42.75°Y-旋转切割石英基片,传播方向为[0°,132.75°,90°]。吸湿膜采用APCVD制作的多孔SiO2薄膜,此类膜比PECVD制作的SiO2膜疏松,吸湿、脱湿迅速。传感器灵敏度为62kHz/%RH,最大湿滞约3%,测得的湿敏特性、迟滞特性表明,Love波SAW湿度传感器线性度较好,实验验证了该结构具有很好的气体测试前景。     

具有SiO_2绝缘层的硅基聚酰亚胺电容式湿度传感器的特性研究

传统夹层聚酰亚胺电容式湿度传感器在亚胺化过程中感湿膜会因挥发物产生微孔,对这种传感器的成品率造成很大影响。为此,从元件的结构入手,制作Si-SiO2-PI结构的湿度传感器,对该种传感器的特性进行了测试,并与传统夹层式结构的样品进行了对比。研究表明,Si-SiO2-PI结构的湿度传感器在同等测试条件下,其电容值要比传统结构样品高25%,湿度灵敏度达到1.24 pF / %,具有重复性好和一致性高的优点,并且特别利于克服薄膜孔洞和厚度不均匀造成的短路现象,有利于批量生产。