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独立敏感式MEMS热膨胀流陀螺的机理研究

压电与声光 2024年第2期46卷 207-212页

作者：刘珺宇朴林华佟嘉程马炫霖北京信息科技科技大学、北京市传感器重点实验室北京100101

提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀... 详细信息

提出了一种新型独立敏感式微机电系统(MEMS)热膨胀流陀螺并对其敏感机理进行了研究。通过COMSOL创建了该结构的三维模型,并使用有限元方法对其敏感结构的温度场进行了计算。结果表明,在加热器功率为50 mW,角速度为-10~10 rad/s时,该陀螺的温度灵敏度为0.224 K·(rad·s^(-1))^(-1),非线性度为2.37%,具有陀螺效应,且灵敏度为1.8 mV·(rad·s^(-1))^(-1),非线性度为2.06%。该陀螺具有灵敏度高及工艺简单等特点,为后续结构优化提供了理论依据。

关键词：热膨胀流陀螺微机械独立敏感单轴敏感机理 COMSOL

He-Hutchinson模型在连续陶瓷纤维增韧陶瓷基复合材料研究中的应用

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材料导报 2024年第3期38卷 90-96页

作者：马昕刘海韬姜如孙逊国防科技大学空天科学学院新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室长沙410073 湖南科技大学物理与电子科学学院湖南湘潭411201 湖南科技大学智能传感器与先进传感器材料湖南省重点实验室湖南湘潭411201

基于裂纹扩展的能量释放率准则,He-Hutchinson(H-H)模型可以预判连续陶瓷纤维增韧陶瓷基复合材料(CMCs)的基体裂纹在界面处的传播路径,对CMCs的增韧设计有着重要的指导价值,但目前尚未见H-H模型在CMCs研究领域的系统性综述文献。本文首... 详细信息

基于裂纹扩展的能量释放率准则,He-Hutchinson(H-H)模型可以预判连续陶瓷纤维增韧陶瓷基复合材料(CMCs)的基体裂纹在界面处的传播路径,对CMCs的增韧设计有着重要的指导价值,但目前尚未见H-H模型在CMCs研究领域的系统性综述文献。本文首先介绍了H-H模型的力学基础以及应用于CMCs中的必要简化过程,得出基于材料组元断裂能和弹性失配系数的裂纹偏转判据。基于目前形成的材料微观力学参数测量方法,结合CMCs脆性、微观结构复杂的特点,系统总结归纳了适用于CMCs的原位弹性模量、材料断裂能以及界面脱粘能的测量方法及优缺点。基于原位微观力学参数,重点综述与讨论了H-H模型在多孔基体CMCs和含界面相CMCs中的应用进展,最后指出了H-H模型目前存在的主要问题,并对其后续发展提出了建议。

关键词： H-H模型陶瓷基复合材料微观力学裂纹偏转

基于双向热膨胀流的MEMS陀螺敏感机理分析

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压电与声光 2024年第1期46卷 83-88页

作者：马炫霖朴林华佟嘉程刘珺宇北京信息科技大学北京市传感器重点实验室北京100101

提出一种新型的基于双向热膨胀流的微机电系统(MEMS)陀螺的基本结构并揭示了其敏感机理,采用有限元方法及利用COMSOL建立三维模型,对双向热膨胀流陀螺敏感元件的温度场进行了计算。结果表明,基于双向热膨胀流的陀螺具有陀螺效应,当输入... 详细信息

提出一种新型的基于双向热膨胀流的微机电系统(MEMS)陀螺的基本结构并揭示了其敏感机理,采用有限元方法及利用COMSOL建立三维模型,对双向热膨胀流陀螺敏感元件的温度场进行了计算。结果表明,基于双向热膨胀流的陀螺具有陀螺效应,当输入功率为70 mW,输入角速度为-25~25 rad/s时,陀螺的温度灵敏度为1.577 K·(rad/s)^(-1),灵敏度为0.064 V·(rad/s)^(-1),非线性度为6.855%。该陀螺具有灵敏度高,抑制交叉耦合小和结构简单等特点,可用于电子设备、航天和医学仪器等领域。

关键词：热膨胀流陀螺敏感机理有限元分析温度场陀螺效应

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氧化铝陶瓷增韧的研究进展

复合材料学报 2024年

作者：张月林许如意姜如朱中华柴一峰湖南科技大学物理与电子科学学院湖南科技大学智能传感器与新型传感材料湖南省重点实验室

作为研究最早和应用最广泛的陶瓷材料之一，氧化铝(Al2O3)陶瓷具有高强高硬、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等许多优异特性，已在国防工业、航空航天以及生物医疗等领域得到了广泛应用。然而，固有的脆性极大地限制了Al2O3陶瓷在众多领域中的... 详细信息

作为研究最早和应用最广泛的陶瓷材料之一，氧化铝(Al2O3)陶瓷具有高强高硬、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等许多优异特性，已在国防工业、航空航天以及生物医疗等领域得到了广泛应用。然而，固有的脆性极大地限制了Al2O3陶瓷在众多领域中的进一步应用。增韧始终是陶瓷材料研究中的一个核心研究课题，引入增韧相材料是提高陶瓷材料韧性的主要途径。本文首先简要概述了陶瓷材料的增韧机制，随即综述了Al2O3陶瓷增韧的最新研究现状，分析了增韧方法中存在的关键问题，展望了Al2O3陶瓷增韧的发展方向，以期为后续Al2O3陶瓷增韧的发展提供借鉴。

关键词： Al O 陶瓷韧性增韧相增韧机制综述

二维范德瓦耳斯异质结Cs_(3)X_(2)I_(9)/InSe(X=Bi,Sb)的光电性能

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物理学报 2024年第13期73卷 229-237页

作者：熊祥杰钟防张资文陈芳罗婧澜赵宇清朱慧平蒋绍龙湖南科技大学物理与电子科学学院智能传感器与新型传感器材料湖南省重点实验室湘潭411201 格拉斯哥大学亚当史密斯学院格拉斯哥G128QQ 中国科学院微电子研究所硅器件技术重点实验室北京100029 粤港澳大湾区(广东)量子科学中心深圳518045

设计二维半导体范德瓦耳斯异质结是一种实现多功能微电子器件的有效策略.本文构筑了二维钙钛矿Cs_(3)X_(2)I_(9)(X=Bi,Sb)和铟锡InSe的范德瓦耳斯异质结Cs_(3)X_(2)I_(9)/InSe.基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了其几何、电子结... 详细信息

设计二维半导体范德瓦耳斯异质结是一种实现多功能微电子器件的有效策略.本文构筑了二维钙钛矿Cs_(3)X_(2)I_(9)(X=Bi,Sb)和铟锡InSe的范德瓦耳斯异质结Cs_(3)X_(2)I_(9)/InSe.基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了其几何、电子结构、光学性质.研究表明,二维Cs3Bi2I9/InSe和Cs3Sb2I9/InSe异质结为II型能带排列,且带隙分别为1.61 eV和1.19 eV,可见光和紫外光范围内具有较高的吸收系数.基于形变势理论和类氢原子模型的计算,二维Cs_(3)X_(2)I_(9)/InSe异质结显示了较高的电子迁移速率和激子结合能.基于Ⅱ型排列的能带结构和肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser limit),对比研究了光电转换效率.此外,进一步探究了双轴应变对二维异质结Cs_(3)X_(2)I_(9)/InSe光电特性的调控及其规律.上述研究为未来设计高效的二维范德瓦耳斯光电子器件提供了理论依据.

关键词：二维异质结光电转换效率第一性原理计算应变工程

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基于光电容积脉搏波描记法的柔性血压传感器标定方法研究

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电子学报 2024年第8期52卷 2648-2658页

作者：时未董林玺翁斌辉程家根杨伟煌刘超然杭州电子科技大学电子信息学院浙江杭州310018 智能微传感器与微系统教育部工程研究中心浙江杭州310018

基于光电容积脉搏波描记法(Photo Plethysmo Graphy,PPG)的柔性传感器可进行心率(Heart Rate,HR)和血压(Blood Pressure,BP)检测,但是对其检测结果的标定报道甚少.据此,本文提出一种基于模拟血液循环的反射式PPG心率检测和血压标定系统... 详细信息

基于光电容积脉搏波描记法(Photo Plethysmo Graphy,PPG)的柔性传感器可进行心率(Heart Rate,HR)和血压(Blood Pressure,BP)检测,但是对其检测结果的标定报道甚少.据此,本文提出一种基于模拟血液循环的反射式PPG心率检测和血压标定系统.以蠕动泵来产生脉动流,通过调节其转速的大小来控制模拟血液输送的频率和压力,从而引起弹性乳胶管内模拟血液体积的变化,而改变反射光的信号周期与强度,贴近于人体脉搏测量过程的实际场景.该系统心率检测误差均值为0.27778,95%一致性界限为(-2.59562,3.15117),所测收缩压(Systolic Blood Pressure,SBP)和舒张压(Diastolic Blood Pressure,DBP)的拟合优度分别为0.97185和0.98111.经标定后的柔性PPG传感器对4名志愿者检测的SBP和DBP的平均偏差(Mean Deviation,MD)±标准差(Standard Deviation,SD)均值分别为(1.21±2.16)mmHg和(0.76±2.02)mmHg,均符合且远小于美国医疗仪器促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)所制定的衡量血压计精度的标准指标(5±8)mmHg.结果表明,该系统能够准确高效地标定柔性PPG传感器,为实现便携式可穿戴设备的精准血压检测提供标定基础.

关键词：柔性可穿戴传感器光电容积脉搏波描记法脉搏波传输时间血压标定心率检测

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基于相变薄膜高分辨激光直写光刻研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 329-348页

作者：郭嘉龙魏涛魏劲松胡敬程淼刘倩倩王瑞瑞李宛飞刘波苏州科技大学材料科学与工程学院苏州市微纳光电材料与传感器重点实验室江苏苏州215009 中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电材料与器件实验室上海201800

激光直写光刻因其高速、低成本、无需掩模辅助以及能实现大面积的微纳结构制造的优点,在光学元件制造、光学成像、微机电系统等领域中具有广阔的应用前景。然而,受到光学衍射极限的限制,激光直写光刻的分辨率难以达到nm量级。相变薄膜... 详细信息

激光直写光刻因其高速、低成本、无需掩模辅助以及能实现大面积的微纳结构制造的优点,在光学元件制造、光学成像、微机电系统等领域中具有广阔的应用前景。然而,受到光学衍射极限的限制,激光直写光刻的分辨率难以达到nm量级。相变薄膜具有制备工艺简单、热阈值效应明显、相变前后显影选择性好等特点,能为实现高分辨激光直写光刻提供新的解决方案。首先,介绍了基于相变薄膜的高分辨激光直写光刻原理。其次,综述了近年来用于高分辨激光直写光刻的SbTe基、GeSbTe基和其他类型相变薄膜的光刻特性、刻蚀选择性以及相关机理。然后,进一步综述了相变薄膜的高分辨激光直写光刻在相变存储、光学传感、光学器件制造及灰度/彩色打印等领域中的应用潜力。最后,对相变薄膜在高分辨激光直写光刻方面的应用前景进行了总结与展望。

关键词：光刻高分辨激光直写相变薄膜热阈值应用

基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的检测

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中国生物医学工程学报 2024年第2期43卷 183-195页

作者：卫瑚玥李杜娟崔治莲樊凯杨伟煌刘红英李丽丽吴薇王高峰杭州电子科技大学电子信息学院杭州310018 智能微传感器与微系统教育部工程研究中心杭州310018 杭州电子科技大学自动化学院杭州310018

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物... 详细信息

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的高灵敏检测。首先,采用剪切剥离法制备少层MoS_(2)纳米片,并对制备条件进行优化,以制备横向尺寸较大、厚度均匀的少层MoS_(2)纳米片;其次,通过分散液吸光度的变化研究少层MoS_(2)纳米片在高浓度盐溶液中的加速聚集沉淀行为;然后,基于MoS_(2)纳米片对单链DNA的吸附力,研究了单链DNA对于盐诱导沉淀少层MoS_(2)纳米片的抑制作用;最后,利用杂交形成的双链DNA从少层MoS_(2)纳米片上脱落而导致的分散液吸光度的变化构建光学生物传感器,并通过cpDNA与不同浓度的ctDNA杂交对该传感器的性能进行检测。结果表明,当cpDNA浓度为100 nM时,浓度范围在25~100 nM的ctDNA与少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度呈反比线性关系。在401和448 nm波长处时,少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度与ctDNA浓度的线性回归方程分别为Y=0.23557-0.00070X,R^(2)=0.94222和Y=0.21253-0.00050X,R^(2)=0.95141。所构建的光学生物传感器成功地实现了对癌症标志物ctDNA的检测;为未来的体外癌症检测和诊断提供了一种有效的传感策略。

关键词：少层MoS_(2)纳米片 ctDNA 生物传感器紫外光谱

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冷/温混合贮备系统最优切换及视情维修决策

控制与决策 2024年第6期39卷 2069-2078页

作者：张晓红陶倩倩杨天祥何于港甘婕太原科技大学工业与系统工程研究所太原030024 太原科技大学经济与管理学院太原030024

针对周期性切换冷/温混合贮备系统,研究其最优切换以及视情维修决策,在系统劣化建模的基础上,分析系统结构和切换式运行维修特性,制定基于周期切换和检测的离线视情维修策略.首先,通过分析系统运行与备用设备交替使用、维修过程中的状... 详细信息

针对周期性切换冷/温混合贮备系统,研究其最优切换以及视情维修决策,在系统劣化建模的基础上,分析系统结构和切换式运行维修特性,制定基于周期切换和检测的离线视情维修策略.首先,通过分析系统运行与备用设备交替使用、维修过程中的状态转移特性,推导各检测周期时刻系统状态概率分布模型以及各维修活动的概率;然后,以系统有限时间范围内平均费用率最小为目标建立解析优化模型,以决策最优切换周期和维护阈值,并采用遗传算法对模型进行求解;最后,以汽轮发电机定子冷却水泵系统为对象验证策略和模型的正确性和有效性,并对参数进行灵敏度分析.实验结果表明,所提出离线视情维修策略能够有效地降低系统的维修成本.

关键词：贮备系统最优切换视情维修冷/温混合贮备最优决策