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仪器仪表学报 2020年第3期41卷 150-158页

作者：王思睿薛严冰宋智陈宝君冯冲大连交通大学电气信息工程学院大连116028 大连民族大学信息与通信工程学院大连116600

提出了一种基于纸基底的喷墨印刷无芯片RFID湿度传感器,通过遗传算法与射频仿真软件HFSS相结合,对常规开口环谐振器结构进行分布式加载,得到目标频率为2.45 GHz的谐振特性良好的传感器模型;采用DMP3000型材料打印机,在不同纸基底上喷墨... 详细信息

提出了一种基于纸基底的喷墨印刷无芯片RFID湿度传感器,通过遗传算法与射频仿真软件HFSS相结合,对常规开口环谐振器结构进行分布式加载,得到目标频率为2.45 GHz的谐振特性良好的传感器模型;采用DMP3000型材料打印机,在不同纸基底上喷墨印刷银墨水制作传感器,以纸张本身的吸水性实现湿度传感;研究不同纸基底对湿度传感器感湿灵敏度和恢复度的影响。结果表明,柯达相纸传感器的灵敏度最高,高湿灵敏度可达到8 MHz%RH,双铜纸湿度传感器恢复度高且恢复时间短,仅为2 min;两种基底湿度传感器皆有较好的一致性、中长期稳定性,且湿敏特性在20℃~30℃范围内受温度影响较小。对纸基湿度传感器的感湿机理进行了分析,纸主要成分纤维素表面的羟基与吸附的水分子作用形成氢键,改变了基底的介电参数,传感器的湿敏特性与纸的成分和结构有关。

关键词：无芯片湿度传感器纸基底湿敏特性分布式加载

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纸基PVA无芯片RFID湿度传感器

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微波学报 2022年第4期38卷 82-87页

作者：夏雨人薛严冰冯冲陈宝君鞠艳杰大连交通大学电气信息工程学院大连116028 大连民族大学信息与通信工程学院大连116600

传统湿度传感器制造工艺复杂、需有线连接信号,对此,文中提出一种纸基无芯片射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)湿度传感器。为提升传感器谐振特性,选择非对称开口环内部分布式加载金属碎片作为传感器结构,聚乙烯醇(PVA)作... 详细信息

传统湿度传感器制造工艺复杂、需有线连接信号,对此,文中提出一种纸基无芯片射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)湿度传感器。为提升传感器谐振特性,选择非对称开口环内部分布式加载金属碎片作为传感器结构,聚乙烯醇(PVA)作为湿敏材料,使用遗传算法和HFSS射频仿真软件来设计并优化传感器结构。以喷墨打印技术制作传感器样品,采用滴涂法在传感器表面分别制备了5%、10%、15%三种质量浓度比的PVA薄膜。湿敏特性仿真及测试结果一致表明:PVA与纸基底协同作用可显著提高传感器灵敏度。随PVA浓度增加灵敏度增加,15%PVA传感器灵敏度最高,高湿灵敏度达到12.22 MHz/%RH,但随PVA浓度增加恢复特性变差,5%PVA湿度传感器具有良好的恢复特性,恢复度达83.87%。通过长期多次实验验证了PVA纸基湿度传感器具有良好的温度稳定性与中长期稳定性。与同类研究成果对比,文中设计在感湿范围及灵敏度方面有优势且制造工艺更简单,为低成本湿度传感器的大规模使用提供了可能。

关键词：无芯片射频识别湿度传感器纸基底湿敏特性聚乙烯醇薄膜

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高灵敏纸基无湿敏材料电容式湿度传感器

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仪表技术与传感器 2022年第6期 18-22页

作者：程子豪宋智夏雨人薛严冰大连交通大学自动化与电气工程学院辽宁大连116028 大连交通大学计算机与通信工程学院辽宁大连116028

为了拓宽湿度传感器的应用范围,兼顾其可穿戴、低成本、高灵敏度等优点,提出了一种电容式纸基无湿敏材料湿度传感器。以叉指电极(interdigital electrode,IDE)为基本结构,利用有限元仿真软件COMSOL Multipysics仿真研究了IDE指数对传感... 详细信息

为了拓宽湿度传感器的应用范围,兼顾其可穿戴、低成本、高灵敏度等优点,提出了一种电容式纸基无湿敏材料湿度传感器。以叉指电极(interdigital electrode,IDE)为基本结构,利用有限元仿真软件COMSOL Multipysics仿真研究了IDE指数对传感器性能的影响,得到具有良好湿敏特性的传感器结构。利用丝网印刷工艺制作电容式纸基湿度传感器,进行湿敏特性测试,系统研究了纸基类型、工作频率对传感器性能的影响,验证了其工艺一致性、重复性和长期稳定性。实验结果表明:以柯达相纸为基底的20指IDE传感器在1 V/200 Hz的测试电压下具有高达7379%的灵敏度、响应/恢复时间为108 s/131 s,表现出良好的重复性和长期稳定性。

关键词：电容式湿度传感器有限元仿真纸基底叉指电极无湿敏材料湿敏特性

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可印刷无芯片RFID湿度传感器研究

可印刷无芯片RFID湿度传感器研究

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作者：王思睿大连交通大学

学位级别：硕士

射频识别技术是一种新兴的无线技术,用于自动识别、跟踪、监视和物流管理。传统有芯片RFID标签中的集成芯片制作复杂、成本高,难以大规模应用。可印刷无芯片RFID湿度传感器通过喷墨印刷技术将传感器打印在柔性基板上,可以有效地降低传... 详细信息

射频识别技术是一种新兴的无线技术,用于自动识别、跟踪、监视和物流管理。传统有芯片RFID标签中的集成芯片制作复杂、成本高,难以大规模应用。可印刷无芯片RFID湿度传感器通过喷墨印刷技术将传感器打印在柔性基板上,可以有效地降低传感器成本、促进标签传感器的大范围普及。本文采用遗传算法与HFSS软件联合仿真方法,设计并实现高品质因数的无湿敏材料纸基底湿度传感器、加载湿敏材料PVA的柔性基底湿度传感器。研究内容主要分为以下四个部分:(1)深入研究开口环谐振器原理及开口环分布加载技术。通过遗传算法与HFSS软件联合仿真,对常规开口环结构进行分布加载,同时优化谐振频率及品质因数,设计出谐振特性好,谐振频率为2.45GHz的纸基谐振器,解决了纸基底介电损耗大降低谐振性能的问题,有效改善了传感器结构的谐振特性。(2)采用喷墨印刷技术制作柯达相纸、双面铜版纸两种无湿敏材料纸基湿度传感器。柯达基底传感器灵敏度高,在高湿范围达到8MHz/%RH;双铜基底传感器灵敏度曲线呈近似线性,在2min后可完全恢复,恢复度为100%。两种传感器一致性好、受温度影响小、中长期稳定性好。(3)通过遗传算法与HFSS联合仿真方法,设计加载湿敏材料PVA的柔性湿度传感器。仿真研究工艺参数对传感器特性影响,为传感器印刷制作时工艺参数设置提供理论依据。仿真研究不同结构的纯PVA传感器、PVA聚酰亚胺传感器、PVA纸基传感器湿敏特性,从理论上证明了利用基底与PVA共同作用提升传感器灵敏度的可行性。(4)将不同浓度的PVA加载在柔性基底谐振器表面制备柔性无芯片RFID湿度传感器。测试结果表明:纯PVA敏感传感器灵敏度较高,且高湿灵敏度明显高于低湿,PVA浓度为15%时高湿灵敏度最高,可达到9.44MHz/%RH,然而恢复性较差;PVA聚酰亚胺传感器灵敏度略高于纯PVA传感器,灵敏度最高为10MHz/%RH;双铜PVA传感器高湿灵敏度可达到12.22MHz/%RH,远高于纯纸基与纯PVA敏感传感器,同时恢复特性较纯PVA传感器也有所提升。实验研究结果表明:将PVA的湿敏特性与纸基底自身的湿敏特性相结合设计传感器,可在一定程度上改善传感器性能。本文研究的可印刷无芯片RFID湿度传感器具有成本低廉、结构简单、感湿灵敏度高、恢复速度快、柔软可弯曲、可大量制备等优点。对比其他文献,灵敏度与恢复度性能均有较大提升,有利于在物流运输、智能包装等领域推广使用。

关键词：湿度传感器无芯片RFID 柔性基底喷墨印刷纸基底

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基于过渡金属氧化物/激光诱导石墨烯复合电极的超级电容器设计

基于过渡金属氧化物/激光诱导石墨烯复合电极的超级电容器设计

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作者：王志同南京邮电大学

学位级别：硕士

柔性平面的微型超级电容器(MSCs)具有体积小、易于集成化和便于拓展等优点,已成为可穿戴和便携式电子器件中最重要的储能器件之一。然而,大多数工艺都涉及电极材料的独立制备、电极形状的设计和随后的模块化集成,使得步骤非常复杂,并且... 详细信息

柔性平面的微型超级电容器(MSCs)具有体积小、易于集成化和便于拓展等优点,已成为可穿戴和便携式电子器件中最重要的储能器件之一。然而,大多数工艺都涉及电极材料的独立制备、电极形状的设计和随后的模块化集成,使得步骤非常复杂,并且超级电容器的比电容量低的缺点限制了其在实际环境下的应用。本文研究了基于激光直写技术制备平面形状可控的过渡金属氧化物纳米颗粒均匀嵌入在不同柔性基底上的激光诱导石墨烯超级电容器,具体研究内容如下:设计并研制了基于激光诱导二氧化锰/石墨烯复合电极的柔性超级电容器(Mn O/LIG MSCs)和基于激光诱导氧化铁/石墨烯复合电极的柔性超级电容器(Fe O/LIG MSCs)。研究了过渡金属氧化物复合电极的制备工艺,优化了工艺流程并得到了过渡金属氧化物纳米颗粒均匀嵌入到激光诱导石墨烯(LIG)中的复合电极,该复合电极得益于双电层和赝电容的协同作用可提高超级电容器的比电容量;研究了电极形状、激光直写雕刻时激光功率和激光扫描速率对超级电容器的性能影响;在优化的工艺流程和激光参数下制备了高性能的柔性超级电容器并测试了其性能,结果表明在5 m V s的扫描速率下,Mn O/LIG MSCs具有15.04 m F cm的高面积比容量,相应的能量密度为1.34 m Wh cm;经过10000次循环电容的保持率仍有86.4%。另外,在5 m V s扫描速率下,Fe O/LIG MSCs具有27.50 m F cm的高面积比容量,相应的能量密度为2.44 m Wh cm;经过10000次循环电容的保持率仍有82.5%。将几组超级电容器集成在一起用作LED灯和电子表的电源,成功点亮了LED灯和驱动了电子表,另外该超级电容器对不同衬底(PI、布和纸等基底)有较好的适应性。通过激光直写技术将过渡金属氧化物纳米颗粒均匀嵌入到3D多孔结构的LIG电极中,可以有效地提高电极的浸润性,从而显著地增强水系电解质MSCs的电化学储能特性,同时制备的MSCs还具有良好的机械灵活性和显著的模块集成性,从而拓展了柔性可穿戴电子设备的应用领域。

关键词：柔性超级电容器石墨烯布基底纸基底赝电容材料复合电极

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纸基LC谐振式湿度传感器研究

纸基LC谐振式湿度传感器研究

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作者：孙崟清大连交通大学

学位级别：硕士

电感电容(Inductor-Capacitor,LC)谐振式湿度传感器利用电感线圈间耦合原理实现无线、无源湿度检测,近年来发展迅速。LC谐振式湿度传感器有刚性基底与柔性基底两种。刚性基底LC传感器制作工艺相对复杂、成本高、生物兼容性差。基于柔性... 详细信息

电感电容(Inductor-Capacitor,LC)谐振式湿度传感器利用电感线圈间耦合原理实现无线、无源湿度检测,近年来发展迅速。LC谐振式湿度传感器有刚性基底与柔性基底两种。刚性基底LC传感器制作工艺相对复杂、成本高、生物兼容性差。基于柔性聚合物基底的LC传感器无法自然降解容易造成环境污染。纸作为柔性材料的一种,具有成本低、绿色、可自然降解等优点。本文以纸基底为研究对象,围绕着纸基LC谐振式湿度传感器的结构设计、传感器湿敏特性研究以及便携式湿度测量仪几个方面展开研究,研究内容主要分为以下几个部分:利用HFSS电磁仿真软件对LC谐振器结构进行优化,获得了谐振频率在13.56MHz具有较高品质因数的LC谐振器模型。对纸与聚酰亚胺两种柔性基底传感器进行了感湿原理仿真,谐振频率均随着湿度的增大而减小,确定了以谐振频率偏移量作为传感器灵敏度指标。利用Comsol Multiphysics、Miltisim等软件对传感器测量电路整体进行了设计与仿真,并制作出测量电路用于传感器的实际测量。利用丝网印刷工艺制作了四种不同材质的纸基LC谐振式湿度传感器。研究了纸基类型对LC谐振式湿度传感器灵敏度的影响。在保证印刷电极平整的前提下,应选择纸张表面光滑,表面微裂纹率高的纸张作为传感器基底。四种纸中柯达相纸湿敏特性最好:灵敏度为2.32KHz/%RH,最大湿滞为2.9%,丝网印刷保证了良好的工艺一致性。为进一步提高柯达相纸湿度传感器湿敏特性,在叉指电容表面喷涂制备不同质量百分比的氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)薄膜。研究了薄膜浓度、薄膜厚度以及读取距离对传感器湿敏特性的影响。读取距离1mm时,喷涂1m L 5%GO浓度的湿度传感器表现最优,灵敏度达到3.65KHz/%RH,约为无湿敏材料传感器的1.6倍;最大湿滞为3.3%;响应时间45s;恢复时间140s。实验结果表明,GO湿敏材料与柯达相纸基底协同感湿,可以在不改变传感器其他性能的前提下明显提高传感器的灵敏度。设计制作了面向LC谐振式湿度传感器的便携式湿度测量仪,由纸基LC湿度传感器、主控制器、Colpitts振荡电路、缓冲电路、湿度测量及显示电路组成。用该测试仪对研制的柯达相纸湿度传感器进行灵敏度测试。结果表明,湿度测量仪能实时测量出当前环境的湿度,各湿度点测量结果偏差在5%RH以内,最大误差为13.3%。本文研究的纸基LC谐振式湿度传感器具有灵敏度高、工艺一致性好、成本低、湿滞小、响应速度快等优点。未来有望在物流运输、智能包装等领域推广使用。

关键词： LC湿度传感器纸基底湿敏特性氧化石墨烯响应恢复特性

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新型OLED器件

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光电技术 2006年第2期47卷 14-17页

作者：季旭东华东电子集团公司南京210028

对一些新型OLED器件的结构、性能等作了说明。

关键词： OLED器件微腔磷光纸基底发射

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