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三维立体结构微纳电极研究

分析化学 2010年第5期38卷 668-672页

作者：孙楫舟夏善红边超佟建华张虹董汉鹏陈庆永中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室

基于体硅加工工艺和纳米材料技术,研制微电机系统(MEMS)尺度敏感微结构与纳米铂颗粒的复合结构,提高微电极电化学性能,制备具有三维立体微结构的安培型微电极传感器。利用硅的各向异性湿法腐蚀技术在毫米级的工作电极表面实现微米级的... 详细信息

基于体硅加工工艺和纳米材料技术,研制微电机系统(MEMS)尺度敏感微结构与纳米铂颗粒的复合结构,提高微电极电化学性能,制备具有三维立体微结构的安培型微电极传感器。利用硅的各向异性湿法腐蚀技术在毫米级的工作电极表面实现微米级的锥体形微池阵列,以H2O2为检测对象考察立体电极结构对传感器性能的改进效果,实验证明,立体结构的设计使传感器具有更低的检出限(8μmol/L)及更高的灵敏度(在0～200μmol/L浓度范围内检测灵敏度提高约85%),且具有较好的线性和重复性。利用电化学方法在电极表面沉积铂黑,通过微观形貌分析和电化学特性考察,比较了在平面微电极和立体微电极上修饰纳米材料的效果。立体结构为电沉积铂纳米颗粒提供了更为理想的微环境,改善了纳米材料修饰的效果;立体结构微电极与纳米颗粒的尺寸效应相结合,进一步提高了电极的催化效率和电化学特性。

关键词：安培型微传感器微电机系统三维立体结构微纳电极

InGaAs近红外人脸图像检测超轻量算法研究

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红外与激光工程 2022年第10期51卷 333-342页

作者：苏晏园范广宇龚海梅李雪陈永平中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室上海200083 上海科技大学上海201210

InGaAs近红外探测器广泛应用于航天航空、军事与民生领域。为了实现InGaAs探测器智能化,结合人脸检测应用,提出了可部署于低功耗移动智能设备的超轻量InGaAs近红外人脸检测算法。主要针对近红外人脸样本较少与低功耗设备部署问题展开研... 详细信息

InGaAs近红外探测器广泛应用于航天航空、军事与民生领域。为了实现InGaAs探测器智能化,结合人脸检测应用,提出了可部署于低功耗移动智能设备的超轻量InGaAs近红外人脸检测算法。主要针对近红外人脸样本较少与低功耗设备部署问题展开研究,采用迁移学习与二值量化方案训练网络。算法首先通过大规模可见光人脸数据集实现了基于SSD的预训练人脸检测网络。然后使用二值量化方案大幅压缩网络参数空间大小与计算量,但同时造成网络准确度下降。为进一步提升网络二值量化效果,为二值量化过程引入了特征均值信息,并以对抗卷积形式弥补了准确度损失。最后,算法通过小规模近红外人脸数据对预训练二值网络进行微调,实现最终网络。所实现的二值量化人脸检测网络在采集的近红外人脸验证集中可以获得71.18%平均准确度。

关键词：二值化近红外人脸检测 SSD 网络压缩 InGaAs探测器

采用CFD方法对液氮冷却结构进行流体和热分析

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红外与激光工程 2022年第10期51卷 76-84页

作者：孙权莫德锋刘大福龚海梅中国科学院上海技术物理研究所传感技术联合国家重点实验室上海200083 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学(CFD)方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明,相比于空腔结构和微槽道结构,扰流柱结构具有较好... 详细信息

低温应用的大功率器件需要设计高冷却效率的液冷室结构。采用计算流体动力学(CFD)方法模拟了以液氮-氮气两相流为制冷剂的空腔结构、微通道结构和扰流柱结构的流动与传热过程。结果表明,相比于空腔结构和微槽道结构,扰流柱结构具有较好的换热能力。圆形扰流柱易发展45°方向支流,而方形扰流柱结构有利于垂直方向流速均匀化。相较于平行排布,扰流柱交错排列时圆形和方形扰流柱结构中流速分布更为均匀。对比对流换热系数发现,交错排布优于平行排布,方形扰流柱优于圆形扰流柱。换热效果最好的结构为交错排布的2 mm方形扰流柱,对流换热系数为4223 W/(m^(2)·K),较空腔结构提高125.83%。采用上述结构进行测试验证,在107.6 W加热功率工况下冷头测温点温度与相同功率下仿真结果有较好的对应性。

关键词：大功率器件扰流柱两相流对流换热系数

介孔SiO_2薄膜与金银合金薄膜相结合的大面积、高性能SERS基底

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化学学报 2015年第1期73卷 41-46页

作者：刘德龙逯丹凤赵乔陈晨祁志美中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100190 国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

通过对涂布在金银合金薄膜表面的硅基凝胶膜进行高温热处理首次制备出均匀的大面积表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)基底.利用扫描电子显微镜观测到由硅基凝胶膜经高温脱模形成的介孔二氧化硅薄膜具有表面开... 详细信息

通过对涂布在金银合金薄膜表面的硅基凝胶膜进行高温热处理首次制备出均匀的大面积表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)基底.利用扫描电子显微镜观测到由硅基凝胶膜经高温脱模形成的介孔二氧化硅薄膜具有表面开口结构,基底的X射线能量色散(EDX)谱揭示了高温热处理引起金银合金薄膜中的银原子流失,从而导致薄膜的纳米构造.通过测试基底对Nile blue(NB)和Crystal violet(CV)拉曼活性分子的SERS光谱,观测到在玻璃衬底与50 nm厚的金银合金薄膜之间插入20 nm厚金薄膜能够显著提高基底的SERS增强因子.测试了基底在水溶液样品(50 nmol·L-1 CV)中的浸渍时间对SERS信号的影响,结果指出SERS信号随浸渍时间的增加而增强并在30min后达到稳定,15 min浸渍时间对应的SERS信号强度达到其稳定值的85%.比对实验指出CV的SERS光谱与其溶液的常规拉曼光谱的峰位完全一致,揭示了介孔二氧化硅薄膜能够有效阻止SERS基底的金属成份对待测分子拉曼指纹谱的干扰.实验还证明了这种新型SERS基底对水溶液中NB的探测下限可达1 nmol·L-1.

关键词：金银合金薄膜介孔二氧化硅薄膜 SERS基底大面积高性能探测下限

基于超薄钽酸锂晶片及炭黑红外吸收层的热释电探测器

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纳米技术与精密工程 2014年第1期12卷 44-50页

作者：赵玲赵燕何秀丽贾建高晓光李建平中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100190

基于钽酸锂（LiTaO3）的热释电探测器具有灵敏度高、热释电系数大、响应范围宽等优点而被广泛应用于非分光红外气体检测．在nTaO3，热释电探测器制备过程中，采用预置沟槽方法制备出约20μm厚的超薄LiTaO3晶片，该方法既能控制晶片厚度... 详细信息

基于钽酸锂（LiTaO3）的热释电探测器具有灵敏度高、热释电系数大、响应范围宽等优点而被广泛应用于非分光红外气体检测．在nTaO3，热释电探测器制备过程中，采用预置沟槽方法制备出约20μm厚的超薄LiTaO3晶片，该方法既能控制晶片厚度又能实现自动解片，简化了探测器制备工艺；采用电喷雾方法制备出炭黑红外吸收层，该方法工艺简便，制备的吸收层分布均匀，结构疏松．电喷雾时间为20rain时制备的吸收层在常用气体吸收波段（2．5～10μm）的红外吸收率达98％以上，使探测器信号幅值提高了约2．6倍．热释电探测器性能测试结果表明：单元结构探测器的黑体探测率可达1．78×10。cm·Hz1/2。／W；二元补偿结构探测器信噪比为单元器件的2倍；将二元补偿结构探测器应用于非分光红外气体测试系统，进行了SO2气体检测，等噪声检测下限约为1×10^-6．

关键词：热释电钽酸锂炭黑红外吸收层气体检测

纳米氧化锡修饰的微催化燃烧式氢气传感器的研制

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化学学报 2013年第4期71卷 657-662页

作者：刘西锋董汉鹏夏善红中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100080 中国科学院大学北京100080

研制了一种基于多孔纳米氧化锡(SnO2)催化剂的微催化燃烧式气体传感芯片(Pellistor).基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)工艺制备硅基封闭膜式微催化燃烧式传感器,通过气相沉积技术在Pt微加热电极和高温绝缘层表面... 详细信息

研制了一种基于多孔纳米氧化锡(SnO2)催化剂的微催化燃烧式气体传感芯片(Pellistor).基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)工艺制备硅基封闭膜式微催化燃烧式传感器,通过气相沉积技术在Pt微加热电极和高温绝缘层表面制备三维纳米氧化锡催化膜,利用催化膜对氢气良好的催化特性,采用惠斯通电桥电路进行测量,实现对空气环境中氢气在0～4%浓度范围内的快速检测,响应时间和恢复时间分别达到0.65 s和2.32 s,灵敏度达75.4mV/1%H2,线性度为99.4%.考察200天内该传感芯片对氢气的检测能力,传感芯片表现出良好的稳定性,精确度保持在95%以上.在绝缘层高温性能稳定的条件下,将三维纳米氧化锡应用于微催化燃烧式传感器的氢气检测,对催化燃烧式传感器性能的改进具有重要的意义.

关键词：纳米氧化锡催化燃烧传感器微机电系统(MEMS) 氢气检测

基于金银合金薄膜的近红外表面等离子体共振传感器研究

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物理学报 2013年第6期62卷 81-86页

作者：张喆柳倩祁志美中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100190

利用淀积在玻璃衬底上的金银合金薄膜作为表面等离子体共振(SPR)芯片,构建了Kretschmann结构的近红外波长检测型SPR传感器.采用不同浓度的葡萄糖水溶液测试了金银合金薄膜SPR传感器的折射率灵敏度.实验结果表明随着入射角从7.5°增大到... 详细信息

利用淀积在玻璃衬底上的金银合金薄膜作为表面等离子体共振(SPR)芯片,构建了Kretschmann结构的近红外波长检测型SPR传感器.采用不同浓度的葡萄糖水溶液测试了金银合金薄膜SPR传感器的折射率灵敏度.实验结果表明随着入射角从7.5°增大到9.5°,SPR吸收峰的半高峰宽从292.8nm减小到131.4nm,共振波长从1215nm蓝移到767.7nm,折射率灵敏度从35648.3nm/RIU减小到9363.6nm/RIU.在相同的初始共振波长(λR)下获得的金银合金薄膜SPR折射率灵敏度高于纯金膜(纯金膜在λR=1215nm下的折射率灵敏度为29793.9nm/RIU).利用1μmol/L的牛血清蛋白(BSA)水溶液测试了传感器对蛋白质吸附的响应.结果表明,BSA分子吸附使得金银合金薄膜SPR吸收峰红移了12.1nm而纯金膜SPR吸收峰仅红移了9.5nm.实验结果还表明,在相同λR下,金银合金薄膜SPR吸收峰的半高峰宽大于纯金膜的半高峰宽,因此其光谱分辨率比纯金膜SPR传感器低.

关键词：金银合金薄膜表面等离子体共振波长检测型高灵敏度

基于多基板拼接的空间深低温超长冷平台热特性研究

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工程热物理学报 2021年第5期42卷 1268-1274页

作者：李俊王小坤孙闻曾智江龚海梅中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室上海200083 中国科学院大学北京100049

为了解决空间红外相机的高分辨率、高成品率及可维修性等问题,提出了先将6个线列探测器子模块拼接在一个"Z"字型的子基板上,再将多个(N≥5)这样的"Z"字型子基板通过精密拼接的方法以形成空间超长线列红外焦平面探测器。基于由多个子基... 详细信息

为了解决空间红外相机的高分辨率、高成品率及可维修性等问题,提出了先将6个线列探测器子模块拼接在一个"Z"字型的子基板上,再将多个(N≥5)这样的"Z"字型子基板通过精密拼接的方法以形成空间超长线列红外焦平面探测器。基于由多个子基板拼接形成的超长冷平台与单点冷源耦合以实现热交换的特点,针对超长冷平台温度均匀性小于1 K及其与单点冷源间温度梯度小于5 K的要求,建立了冷量传输通道的热网络模型,分析了影响冷量传输效率的主要因素,提出了优化各部件及不同部件螺接的接触热阻的方法,设计了两个"树状"柔性冷链实现了冷量向多基板冷平台高效传输。通过对加载不同总焦耳热时超长冷平台的温度均匀性及其与单点冷源间的温度梯度等热特性进行仿真和实验验证,结果表明超长冷平台温度均匀性误差小于0.05 K,温度梯度误差小于0.55 K,验证了由多个子基板拼接而成的超长冷平台与单点冷源间冷量传输模型合理可行,对于后续多基板精密拼接的工程应用提供重要参考。

关键词：多基板精密拼接超长冷平台热特性

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微机械振动环陀螺(英文)

光学精密工程 2009年第6期17卷 1344-1349页

作者：陈李陈德勇王军波中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100190

为了减小振动环驱动模态和检测模态的频率差从而提高陀螺性能,提出了一种采用电磁驱动、电磁检测的全对称振动环陀螺结构。采用MEMS体硅工艺完成该微机械振动环陀螺的加工,其结构在保持镜像对称的同时,还保持了中心对称,因此整个结构高... 详细信息

为了减小振动环驱动模态和检测模态的频率差从而提高陀螺性能,提出了一种采用电磁驱动、电磁检测的全对称振动环陀螺结构。采用MEMS体硅工艺完成该微机械振动环陀螺的加工,其结构在保持镜像对称的同时,还保持了中心对称,因此整个结构高度对称,有利于减小模态频率差。为有效跟踪陀螺驱动模态的谐振频率并稳定驱动模态的幅值,设计了闭环驱动控制电路。该电路由低噪声前置放大器、相位调整环节以及自动增益放大器( VGA)组成。测试结果表明,该陀螺两个模态频率差为0.27 Hz ,实现了频率较好的匹配。在±200°/s ,测得陀螺灵敏度为8.9 mV/(°/s) ,分辨力为0.05°/s ,非线性度为0.23 %。

关键词：微机械陀螺振动环陀螺闭环控制