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聚苯胺基氨气柔性传感器设计及气敏性能研究

聚苯胺基氨气柔性传感器设计及气敏性能研究

作者：陈刚荣中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

学位级别：硕士

氨气(NH)是一种无色,具有刺激性和腐蚀性的常见空气污染物,人体吸入过量NH会加大尿毒症、肝硬化和肾衰竭的病发率。另外,NH存在于人体代谢产物中,是检测肾脏疾病的重要呼气标记物。因此,设计、制备高性能(灵敏度高、检测极限低、稳定性... 详细信息

氨气(NH)是一种无色,具有刺激性和腐蚀性的常见空气污染物,人体吸入过量NH会加大尿毒症、肝硬化和肾衰竭的病发率。另外,NH存在于人体代谢产物中,是检测肾脏疾病的重要呼气标记物。因此,设计、制备高性能(灵敏度高、检测极限低、稳定性好)NH传感器在环境监测和医疗诊断领域具有重要的研究意义。聚苯胺(PANI)作为NH传感器研究中具有发展潜力的一类敏感材料,其制备简易,比表面积大,具有可逆的掺杂和去掺杂特性。但基于纯PANI的NH传感器普遍存在灵敏度低,响应/恢复速度慢,稳定性差等问题。近年来,一种有效提升PANI基NH传感器气敏性能的策略是调控材料形貌,对PANI进行掺杂改性。本文分别利用二氧化钛-金纳米颗粒(TiO-Au NPs)和金@二氧化硅纳米颗粒(Au@SiO NPs)掺杂PANI制备三元纳米复合材料,在聚酰亚胺(PI)衬底上构建可在室温下工作的柔性NH传感器。文章主要从敏感材料设计、气敏性能测试和敏感机理分析等方面开展研究工作,具体内容如下:(1)考虑到TiO和Au纳米颗粒(Au NPs)与PANI功函数不同,掺杂后会在接触界面发生能带弯曲,形成p-n异质结和肖特基结,其能有效提升PANI传感器气敏性能。本文利用原位化学氧化聚合法将高催化活性的Au NPs(可控合成,粒径<100nm)、n型TiO(粒径<20nm)与PANI复合,成功在PI衬底上研制出一种经济且实用的三元NH传感器。研究结果表明,Au和TiO掺杂后,传感器的气敏性能得到明显提升:PANI-TiO-Au三元传感器对100 ppm NH的响应和恢复时间分别是32s和111s,响应值为123%,约为一元PANI和二元PANI-TiO的1.9倍和1.2倍;设计的三元传感器在干燥NH测试中,展现出良好的线性度(相关系数R=0.9984),其有利于实际应用中ppm级NH的测量。(2)为提高PANI传感器探测NH的能力,除利用常规n型金属氧化物与PANI形成异质结外,本文提出一种解决思路:采用新型核-壳Au@SiO NPs掺杂PANI,结合无机和有机组分的优势,制备高性能柔性NH传感器,探索Au@SiO对PANI的掺杂效果。研究结果表明,基于Au@SiO(20 wt%)掺杂PANI(PAS2)制备的NH传感器在室温下具有较高的灵敏度,良好的柔韧性和显著的稳定性:PAS2传感器对10ppm NH的响应值为80%,是PANI传感器的～1.5倍,可检测到10 ppb的超低浓度NH;弯曲角度(约-85°到85°)和弯曲次数(0-500次)引起的PAS2传感器浓度偏差(响应偏差对应的浓度偏差)可控制在0.6 ppm以内;30天持续监测,PAS2传感器响应值偏差小于2.7%。此外,PAS2传感器的响应值对环境湿度(48%-66%RH)不敏感。分析认为,PAS2传感器良好的气敏性能是Au@SiO NPs作用的结果,本文建立了核-壳Au@SiO NPs提升PANI传感器气敏性能的敏感机理模型。

关键词：柔性NH3传感器 PANI 纳米颗粒掺杂传感机理气敏性能

基于柔性材料的热式MEMS医用输液流量传感器的研发

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传感器与微系统 2023年第7期42卷 83-86页

作者：杨文豪陈刚荣胡泓哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院广东深圳518000 中国科学院光电技术研究所四川成都610209

提出了一种新型的基于柔性基底的用于测量输液速度的热式微机电系统(MEMS)流量传感器。传感器由树脂打印的外壳、柔性元件以及外部电路组成。应用热损失原理,通过控制电路使发热镍(Ni)线恒温工作,通过测温Ni线检测发热Ni线上游的温度变... 详细信息

提出了一种新型的基于柔性基底的用于测量输液速度的热式微机电系统(MEMS)流量传感器。传感器由树脂打印的外壳、柔性元件以及外部电路组成。应用热损失原理,通过控制电路使发热镍(Ni)线恒温工作,通过测温Ni线检测发热Ni线上游的温度变化来反映输液流速。首先,对传感器进行了仿真验证,确定传感器关键参数。使用光刻、磁控溅射等技术在聚酰亚胺(PI)基底上加工Ni线并在表面镀了一层派瑞林来进行防水处理。传感器核心元件尺寸为1 cm×2 cm,封装后的尺寸为6 cm×2 cm。使用不同温度的生理盐水对传感器进行了标定,在热源温度50℃时,其精度可达5 mL/h,量程可达300 mL/h,满足日常输液使用。

关键词：微机电系统医用流量传感器柔性材料热损失

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3m级大口径空间光学主反射镜的轻量化结构优化

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航天返回与遥感 2020年第5期41卷 55-63页

作者：郎明胡瑞张媛媛陈刚荣陈小安胡桂涛中国科学院光电技术研究所成都610209 中国科学院大学北京100049

增大主反射镜的口径是提高空间反射式光学系统分辨率的最直接手段。随着口径的不断增大,传统的蜂窝结构很难满足反射镜的高轻量化和高刚度的要求,需要研究新的结构方案来对其进行优化设计。文章针对空间相机大口径主反射镜的应用需求,... 详细信息

增大主反射镜的口径是提高空间反射式光学系统分辨率的最直接手段。随着口径的不断增大,传统的蜂窝结构很难满足反射镜的高轻量化和高刚度的要求,需要研究新的结构方案来对其进行优化设计。文章针对空间相机大口径主反射镜的应用需求,在传统蜂窝夹层反射镜结构的基础上,结合反射镜应力状态分析,提出了一种新型低面密度大口径反射镜轻量化方案——叠层蜂窝夹层反射镜。同时,以3m级大口径反射镜为例,进行了详细的结构参数优化,分析了卸载支撑状态的面形变化,并对反射镜的过载强度和温度面形稳定性进行了校核,验证了叠层蜂窝大口径反射镜轻量化结构方案的合理性。

关键词：蜂窝结构轻量化结构优化 3m 级大口径空间反射镜空间相机

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水炭耦合对芦笋根际土壤微生物群落结构的影响

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农业工程学报 2025年

作者：梁嘉平姚磊磊陈刚昆明理工大学现代农业工程学院季节性旱区水-土-作物系统云南省野外科学观测研究站西北农林科技大学水利与建筑工程学院云南省水利水电勘测设计研究院

根际土壤微生物是维持土壤健康与活力的关键因素，然而土壤水分和生物炭耦合作用对根际土壤微生态环境存在一定的影响。为了探索水炭耦合对芦笋根际土壤微生物群落结构的影响以及调控芦笋根际生态系统的机制。该研究以芦笋为研究对象，... 详细信息

根际土壤微生物是维持土壤健康与活力的关键因素，然而土壤水分和生物炭耦合作用对根际土壤微生态环境存在一定的影响。为了探索水炭耦合对芦笋根际土壤微生物群落结构的影响以及调控芦笋根际生态系统的机制。该研究以芦笋为研究对象，设置了4个灌溉水平（W0：重度亏缺灌溉，I=320 mm;W1：中度亏缺灌溉，I=375 mm;W2：轻度亏缺灌溉，I=430 mm;W3：充分灌溉，I=480 mm,I为总灌溉量）和4个生物炭施用水平(0（B0）、10 t/hm2(B10)、20 t/hm2(B20)和30 t/hm2(B30))进行田间定位试验，采用Illumina新一代测序（next-generation sequencing,NGS）技术，研究不同水炭耦合处理对芦笋根际土壤微生物群落结构和丰度的变化。研究结果表明，中度亏缺灌溉促进了芦笋根际土壤细菌丰度和多样性的形成，随着土壤水分的增加芦笋根际土壤真菌相对丰度增加了4.48%～22.05%；与未施加生物炭相比，施用生物炭增加了根际土壤微生物的丰度和多样性。与B0和B10处理相比，B20（20 t/hm2）处理下增加了根际细菌群落数量，降低了真菌群落数量；而施用30 t/hm2生物炭对两者均存在明显抑制作用。此外，不同水炭耦合条件下对细菌和真菌群落的结构没有显著影响，但是与未施用生物炭处理相比，施加生物炭可以减少根腐病致病菌镰刀菌（Fusarium）的生长与繁殖，改善芦笋根际土壤微环境。在W1B20处理下不仅促进了细菌群落的生长，而且抑制了有害真菌群落的丰度，更有利于调控芦笋根际生态系统。该研究可为多年生芦笋连作根际土壤微生态调控和西南季节性干旱区农业可持续发展提供理论依据。

关键词：芦笋生物炭水炭耦合连作土壤系统根际微生物

DoS攻击下基于事件触发的微电网分布式协同控制

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控制工程 2025年

作者：吴冬艳陈刚张洪徐承杰湖南工业大学电气与信息工程学院华中科技大学自动化学院湖南工业大学理学院

针对拒绝服务攻击下的微电网二级控制电压恢复问题，提出了一种具有双端事件触发的分布式弹性二次控制策略，实现了电网电压一致性控制，同时有效节约了通信资源。首先，在拒绝服务攻击区间内设计状态观测器，估计因拒绝服务攻击导致的... 详细信息

针对拒绝服务攻击下的微电网二级控制电压恢复问题，提出了一种具有双端事件触发的分布式弹性二次控制策略，实现了电网电压一致性控制，同时有效节约了通信资源。首先，在拒绝服务攻击区间内设计状态观测器，估计因拒绝服务攻击导致的跟踪误差。然后，在所设计的观测器的基础上，采用提出的分布式事件双端触发机制，在满足收敛速率和恢复电压的基础上，减轻了通信负担，降低了控制器更新的频率，并排除了芝诺行为。最后，利用通过Matlab/Simulink仿真平台验证该策略的有效性。

关键词：孤岛微电网事件触发拒绝服务攻击下垂控制

上海市某商业广场项目高效制冷系统改造工程实践

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暖通空调 2025年

作者：陈刚华东建筑设计研究院有限公司

以上海市某商业广场项目高效制冷系统改造工程为例，介绍了该工程概况及高效制冷系统改造工程的全过程服务，从空调制冷系统现场勘测及检测评估、集成磁悬浮副冷站高效机房设计、主冷站高效制冷系统设计、高效制冷系统实施重难点解决方... 详细信息

以上海市某商业广场项目高效制冷系统改造工程为例，介绍了该工程概况及高效制冷系统改造工程的全过程服务，从空调制冷系统现场勘测及检测评估、集成磁悬浮副冷站高效机房设计、主冷站高效制冷系统设计、高效制冷系统实施重难点解决方案、高效制冷系统的改造实效5个方面进行了详细说明。提出了既有大型商业高效制冷系统运行痛点和解决措施，系统性的归纳、总结了适用于改造工程的高效制冷系统的技术路径与实施建议。

关键词：商业建筑改造工程高效机房高效制冷系统集成磁悬浮冷站水环管节能减排

布比卡因脂质体用于臂丛阻滞对肩袖修补术后镇痛及膈肌收缩功能的影响

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中国临床药理学与治疗学 2025年

作者：罗婧予吴红陈刚许梦婷张焰统李军温州医科大学附属第二医院育英儿童医院麻醉与围术期医学科

目的：基于随机对照试验评估布比卡因脂质体行肌间沟臂丛神经阻滞对肩袖修补术患者的术后镇痛疗效及膈肌的影响。方法：选取2023年10月至2024年2月拟择期行关节镜下肩袖修补术患者40例，性别不限，年龄18～65周岁，ASA分级I或II级。将... 详细信息

目的：基于随机对照试验评估布比卡因脂质体行肌间沟臂丛神经阻滞对肩袖修补术患者的术后镇痛疗效及膈肌的影响。方法：选取2023年10月至2024年2月拟择期行关节镜下肩袖修补术患者40例，性别不限，年龄18～65周岁，ASA分级I或II级。将患者随机分为布比卡因脂质体组（LB组）和盐酸左旋布比卡因组（BV组），每组20例。两组患者接受超声引导下肌间沟臂丛神经阻滞；LB组在C5-C6神经根间、椎前筋膜表面分别注射（布比卡因脂质体10 mL+0.5%比卡因10 mL）15 mL和5 mL，BV组相同部位分别注射0.375%盐酸左旋布比卡因15 mL和5 mL。两组均行标准化全身麻醉。主要观察指标为两组患者术后48 h静息、运动疼痛（NRS）评分及阻滞后单侧膈肌麻痹（HDP）发生率。次要指标包括术后其他时点静息及运动NRS评分、阻滞30 min脉搏血氧饱和度(SpO2)、感觉和运动阻滞时长、镇痛泵按压次数、术后首次使用阿片类药物时间及阿片类药物用量、病房内额外镇痛药使用情况、镇痛满意度、不良反应及神经系统并发症。结果：与BV组相比，LB组患者术后48 h静息NRS评分降低（P0.05）。两组阻滞后SpO2较阻滞前相比均有所下降（P0.05）。结论：相较于单独使用盐酸左旋布比卡因，加入布比卡因脂质体行肌间沟臂丛神经阻滞用于关节镜下肩袖修补术，可降低患者术后NRS评分、减少术后阿片类药物用量、显著延长阻滞时长，但用药后易引起患者更长时间的HDP发生。

关键词：布比卡因脂质体盐酸左旋布比卡因肩袖修补术臂丛神经阻滞单侧膈肌麻痹

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双折线卷筒上钢丝绳卷绕状态的力学分析

煤矿现代化 2025年第1期34卷 102-106,111页

作者：陈刚安徽煤矿安全监察局安全技术中心安徽合肥230088 安徽矿安检测技术服务有限公司安徽合肥230088

钢丝绳偏角直接影响钢丝绳在双折线卷筒上的卷绕整齐性。因此本文以双折线卷筒的钢丝绳截面单元微元体为分析对象,建立了双折线卷筒在均速转动条件下钢丝绳卷绕状态的力学模型。通过该力学模型分析表明,卷筒均速转动下钢丝绳后偏时钢丝... 详细信息

钢丝绳偏角直接影响钢丝绳在双折线卷筒上的卷绕整齐性。因此本文以双折线卷筒的钢丝绳截面单元微元体为分析对象,建立了双折线卷筒在均速转动条件下钢丝绳卷绕状态的力学模型。通过该力学模型分析表明,卷筒均速转动下钢丝绳后偏时钢丝绳随着钢丝绳偏角增大受到挤压力增大,但“骑绳”现象很难发生;当钢丝绳前偏时钢丝绳偏角超过绳槽螺旋角时“跳绳”现象可能会发生,并且钢丝绳偏角越大“跳绳”越容易发生。其次,通过所建的力学模型对工程实例进行了计算分析;结果表明,平行线绳槽段的钢丝绳偏角是决定“跳绳”发生的关键,同时钢丝绳张力越大越容易发生“跳绳”。本文建立的双折线卷筒力学分析模型可以为提升绞车的参数设计和钢丝绳的选择提供了的理论依据。

关键词：双折线卷筒钢丝绳偏角力学模型力学分析

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桤木幼苗生长及光合生理特性对镉胁迫的响应

西北农林科技大学学报(自然科学版) 2025年 1-10页

作者：邓雯胡红玲张成浩李闯官鹏陈刚陈洪四川农业大学林学院西昌学院农业科学学院

【目的】阐明桤木（Alnusc remastogyne）幼苗生长及光合生理对镉（Cd）胁迫的响应机制。【方法】采用盆栽试验,设置0,12.5,25.0,50.0,100.0 mg/kg Cd处理,分别用CK、T1、T2、T3、T4表示,测定不同含量Cd处理桤木幼苗生长（株高和地径净... 详细信息

【目的】阐明桤木（Alnusc remastogyne）幼苗生长及光合生理对镉（Cd）胁迫的响应机制。【方法】采用盆栽试验,设置0,12.5,25.0,50.0,100.0 mg/kg Cd处理,分别用CK、T1、T2、T3、T4表示,测定不同含量Cd处理桤木幼苗生长（株高和地径净生长量、生物量）、叶片光合色素(叶绿素a（Chl a）、叶绿素b（Chlb）、类胡萝卜素（Car）)含量以及气体交换参数(气孔导度（Gs）、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（Tr）、胞间CO2浓度（Ci）),同时测定了不同含量Cd对桤木幼苗叶片光合-光响应特征曲线及其参数(表观量子效率（AQY）、最大净光合速率(Pn,max)、光饱和点（LSP）、暗呼吸速率（Rd）、光补偿点（LCP）)和叶绿素荧光参数(PSⅡ潜在活性（Fv/F0）、PSⅡ最大光化学量子效率（Fv/Fm）、PSⅡ有效光化学量子效率(Fv'/Fm')、PSⅡ实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP）和非光化学淬灭系数（NPQ）)的影响。【结果】不同含量Cd处理桤木幼苗生长指标有明显差异。随着Cd含量的升高,桤木幼苗的株高净生长量、地径净生长量和生物量均呈下降趋势。不同含量Cd对桤木幼苗叶片光合色素含量、气体交换参数、光合-光响应特征曲线及其参数和叶绿素荧光参数均有明显影响。随着Cd胁迫程度的加剧,桤木幼苗叶片Chl a、Chl b、Car和叶绿素总含量(Chl（a+b）)总体均呈下降趋势,Chl a/b无显著变化;Gs、P_n以及Tr总体降低,而Ci总体升高。当光合有效辐射（PAR）T1>T2>T3>T4。随着Cd胁迫程度的加剧,桤木幼苗叶片AQY、Pn,max、LSP和Rd总体降低,LCP总体升高;Fv/F0、Fv/Fm、Fv'/Fm'、ETR和ΦPSⅡ以及qP总体均下降,但NPQ总体呈上升趋势。【结论】当土壤Cd含量较高（25.0～100.0 mg/kg）时,桤木幼苗生长和叶片及光合生理特性受到了明显抑制,表明桤木幼苗对Cd胁迫的耐受性较低,因此将桤木不要种植在Cd污染严重的地区。但在Cd污染程度较轻（Cd含量≤12.5 mg/kg）的地区,桤木能够正常生长,可用于轻度Cd污染土壤修复。

关键词：桤木镉胁迫光合生理叶绿素荧光