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应用于微型光谱仪的MEMS电磁微镜设计

激光与光电子学进展 2024年

作者：李自强李文超郑麒麟南向红余晖俊沈文江中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院暨南大学纳米光子学研究院中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米器件与应用重点实验室

基于半导体工艺，设计并制作了一种应用于微型光谱仪领域的MEMS(Micro-ElectroMechanical System)电磁扫描微镜。通过在镜面上集成金硅光栅窄带光学滤波结构，根据其窄带滤波波长随入射光角度变化的特性，并通过表面等离子共振吸收入射... 详细信息

基于半导体工艺，设计并制作了一种应用于微型光谱仪领域的MEMS(Micro-ElectroMechanical System)电磁扫描微镜。通过在镜面上集成金硅光栅窄带光学滤波结构，根据其窄带滤波波长随入射光角度变化的特性，并通过表面等离子共振吸收入射光并产生光电流，实现了无需外部探测器的分光与探测功能；采用微镜背面镀铝形成欧姆接触，并贴合到PCB(Printed Circuit Board)板的背面引出电极的方式，在微镜上设计了驱动和光电流两套电流回路，实现了光信号探测与电信号输出的一体式集成。相比基于色散分光原理的MEMS扫描光栅微镜，减少了光学路径，提升了系统集成度。实测器件在89.2 mA电流驱动下可达±11.4°机械转角；I-V特性曲线表明光电流回路有明显的肖特基整流特性；测试了10°到17°入射光角度的光电流响应函数曲线，随着入射角增大，光电流响应峰会逐渐向短波方向移动，并伴随着光电流响应度的增大。共振滤波波长与入射角具有较好的线性变化关系，每1°入射光角度变化引起器件约15.7 nm的共振波长偏移量。

关键词：微机电系统扫描光栅微镜探测器光谱仪电磁驱动

面向6G通信的SnSe_(2)薄膜太赫兹波探测器

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聊城大学学报（自然科学版） 2024年第3期37卷 14-21页

作者：彭忠泽高飞龙阮振宇张敏宋琦张丙元深圳大学广东省/教育部光电子器件与系统重点实验室物理与光电工程学院广东深圳518060 聊城大学物理科学与信息工程学院山东聊城252059

第六代通信(6G)技术以其宽带宽、高速传播、保密性强等优势成为了通信技术的发展方向,并计划于2028年商用。然而,由于6G波段电磁波的光子能量较低而在室温下缺乏高效的探测手段,这也成了制约6G技术发展的因素之一。近年来,低带隙纳米材... 详细信息

第六代通信(6G)技术以其宽带宽、高速传播、保密性强等优势成为了通信技术的发展方向,并计划于2028年商用。然而,由于6G波段电磁波的光子能量较低而在室温下缺乏高效的探测手段,这也成了制约6G技术发展的因素之一。近年来,低带隙纳米材料的发展,为太赫兹波检测提供了一种低成本、高灵敏度的探测手段。对大面积、高灵敏度的薄膜太赫兹波探测器进行研究,同时引入532 nm激光和强垂直磁场进行调控,研究了外场作用下的探测性能变化,得到了外场对太赫兹波的探测效果具有极其显著的提升。因此,少层和多层SnSe_(2)薄膜在外场调控下对于太赫兹波探测有明显的提升作用,这一研究也证明了,外场调控下的SnSe_(2)薄膜对6G探测技术的发展具有重要意义。

关键词： 6G通信技术 SnSe_(2)薄膜太赫兹波探测器

烷烃类混合气体测量中宽谱干扰抑制解析方法研究

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中国激光 2024年第13期51卷 277-287页

作者：彭云涛张志荣夏滑蔡永军孙鹏帅王前进王夏春庞涛吴边刘旭安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 国家管网集团科学技术研究总院分公司河北廊坊065000 蚌埠学院电子与电气工程学院安徽蚌埠233030

随着我国油气管网铺设里程的增加以及城市燃气管网的广泛使用,油气管道泄漏成为研究的热点问题。油气泄漏产生的气体挥发物的主要成分除了甲烷以外,还包括丙烷和丁烷等标志性气体,精确测量它们的体积分数可以弥补甲烷单一测量的不足,具... 详细信息

随着我国油气管网铺设里程的增加以及城市燃气管网的广泛使用,油气管道泄漏成为研究的热点问题。油气泄漏产生的气体挥发物的主要成分除了甲烷以外,还包括丙烷和丁烷等标志性气体,精确测量它们的体积分数可以弥补甲烷单一测量的不足,具有非常重要的安全指导价值和环保意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术的光谱选择性、快速响应、高测量精度等优点,笔者选取近红外波段1685.9~1686.8 nm,同时测量了丙烷和丁烷的直接吸收与二次谐波信号,并利用偏最小二乘回归算法建立体积分数预测模型,有效提高了测量灵敏度和测量极限。该模型可以探测混合气体中体积分数低至168×10^(-6)(为丙烷爆炸下限的0.8%)的丙烷以及体积分数低至171×10^(-6)(为丁烷爆炸下限的0.9%)的丁烷。对于混合气体中丙烷和丁烷体积分数在100×10^(-6)~800×10^(-6)范围内的实验组,丙烷的预测最大绝对误差为34×10^(-6),丁烷的预测最大绝对误差为51×10^(-6);对于混合气体中丙烷和丁烷体积分数在2000×10^(-6)~10000×10^(-6)范围内的实验组,丙烷的预测最大绝对误差为64×10^(-6),丁烷的预测最大绝对误差为148×10^(-6)。误差均控制在爆炸下限的3%以下。为了进一步验证实验系统的稳定性,在高低体积分数下分别持续记录了30 min的光谱信号并进行了体积分数反演,所建立的模型在保证测量精度的同时具有较好的动态稳定性,可以满足油气管道泄漏检测的实际要求。

关键词：光谱学可调谐二极管激光吸收光谱油气管道泄漏烷烃类混合气偏最小二乘回归

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拉曼光谱技术及其应用进展

化学研究 2024年第1期35卷 1-15页

作者：张曦南瑞华坚佳莹李金华龙伟董芃凡西安工业大学陕西省光电功能材料与器件重点实验室陕西西安710021 西安工业大学材料与化工学院陕西西安710021

拉曼光谱作为一种无损分析方法,可以快速、精准地得到包括固体、粉末、液体、气体、胶体等不同类型样品的化学结构、相和形态、结晶度以及分子间相互作用等相关信息,因此被广泛应用于诸多领域。本文介绍了拉曼光谱的基本工作原理;总结... 详细信息

拉曼光谱作为一种无损分析方法,可以快速、精准地得到包括固体、粉末、液体、气体、胶体等不同类型样品的化学结构、相和形态、结晶度以及分子间相互作用等相关信息,因此被广泛应用于诸多领域。本文介绍了拉曼光谱的基本工作原理;总结了近年来拉曼光谱在环境检测、材料、食品安全、医疗、刑侦司法、勘探、工业等领域的应用,以期为今后拉曼光谱检测领域更好地发展提供参考。

关键词：拉曼光谱无损检测应用研究进展

基于MXene/RGO复合材料的具有多孔压力敏感结构的柔性可穿戴传感器

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测试技术学报 2024年第5期38卷 467-473页

作者：张磊张晓海赵强中北大学微纳器件与系统教育部重点实验室山西太原030051 中北大学动态测试技术省部共建国家重点实验室山西太原030051

随着微电子技术与柔性智能电子的快速发展,二维材料因其独特的层状结构,在柔性电子领域具有良好的应用潜力。MXene由于具有良好的导电性与较高的亲水性,在柔性传感领域引起了广泛关注。然而,纯MXene层间距离有限,在压力传感领域受到极... 详细信息

随着微电子技术与柔性智能电子的快速发展,二维材料因其独特的层状结构,在柔性电子领域具有良好的应用潜力。MXene由于具有良好的导电性与较高的亲水性,在柔性传感领域引起了广泛关注。然而,纯MXene层间距离有限,在压力传感领域受到极大限制。故提出了一种快速发泡技术来实现多孔结构的制备。采用多孔结构的MXene/RGO复合材料作为压力敏感材料,并设计了叉指电极作为传感器的电极引线层,构建了压力传感器。实验结果表明,该传感器具有优异的压力敏感性能,其检测范围可达到0~1.7 MPa,最大传感器灵敏度达到0.556 kPa~(-1),快速响应时间以及释放时间分别为为82 ms和63 ms,且具有良好的稳定性(≥1 800次循环)。同时,在应用研究中表明该压力传感器在人体运动监测、人机交互、医疗监测等领域均具有广泛的应用前景。

关键词： MXene 多孔结构柔性传感器压力监测

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二维材料纳米油墨的制备及喷墨打印研究进展

化工进展 2024年第6期43卷 3145-3158页

作者：张妤欣黄孝东陈迪邓杭军王文俊刘平伟浙江大学化学工程联合国家重点实验室浙江杭州310058 浙江新和成特种材料有限公司浙江绍兴312369

以石墨烯为代表的二维材料具有出色的综合性能,可用其制作功能纳米油墨,通过喷墨打印可加工得到光电功能器件,其在能源、环境、生命健康等领域具有广阔的应用前景。本文总结了几种典型二维材料的性能、其纳米油墨的制备及喷墨打印应用等... 详细信息

以石墨烯为代表的二维材料具有出色的综合性能,可用其制作功能纳米油墨,通过喷墨打印可加工得到光电功能器件,其在能源、环境、生命健康等领域具有广阔的应用前景。本文总结了几种典型二维材料的性能、其纳米油墨的制备及喷墨打印应用等,重点介绍了液相剥离和喷墨打印过程的调控。对比不同剥离方法及原理,并对喷墨打印相关理论如咖啡环效应、马兰戈尼效应等进行综述。指出可通过对二维材料剥离过程及其纳米油墨打印过程的精准调控,形成基于喷墨打印的先进微纳制造技术,实现不同功能微纳电子元件和器件的低成本加工,推动生物传感、柔性电子等领域的发展。

关键词：二维材料液相剥离纳米油墨喷墨打印电子器件

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多级钯-铜-银多孔纳米花作为高效电催化剂催化CO_(2)还原为C_(2+)产物

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物理化学学报 2024年第6期40卷 67-69页

作者：孙浩宇李敦闵媛媛王莹莹马艳芸郑逸群黄宏文济宁学院化学化工与材料学院山东曲阜273155 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 山东轻工职业学院健康管理系山东淄博255300 苏州大学功能纳米与软物质研究院江苏省先进负碳技术重点实验室江苏苏州215123

近年来,具有可控元素分布的铜基多金属纳米晶作为CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的电催化剂,受到了广泛研究。通过对铜电催化剂进行二次甚至多次的金属元素修饰,能够有效改变其整体d带结构并引起d带中心的位移。这种变化可以影响铜对关键中... 详细信息

近年来,具有可控元素分布的铜基多金属纳米晶作为CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)的电催化剂,受到了广泛研究。通过对铜电催化剂进行二次甚至多次的金属元素修饰,能够有效改变其整体d带结构并引起d带中心的位移。这种变化可以影响铜对关键中间体的表面亲和力,从而影响后续的催化途径。除了调整电子结构,形貌工程也成为提高CO_(2)RR电催化性能的有效手段。相对于随机形状的球形颗粒,基于二维纳米片构建的三维多孔结构有利于最大限度地暴露表面原子,为催化过程中产生的关键中间体提供丰富的扩散通道和反应中心。然而,通过设计合成路线构建这种类型的纳米结构是一项技术挑战,传统的分步自组装策略耗时且难以精确控制结构。因此,我们的研究旨在实现高纯度的合成方法,制备这种独特的纳米结构,并精确调控元素组成和电子结构,以探索结构优势与CO_(2)RR电化学性能改善之间的潜在关系,具有重要的应用价值。在此研究中,我们合理设计了钯-铜-银(Pd-Cu-Ag)纳米晶的二维-三维杂化结构,实现了可控的合成过程,并验证了其在电化学CO_(2)还原中的应用潜力。合成过程中,通过使用封装剂十八烷基三甲基氯化铵,成功地将Au@Cu_(x)O纳米球转化为层状CuAg纳米花(HNFs)。有趣的是,该过程中原位形成了作为构建单元的纳米薄片。通过对CuAg HNFs与Na_(2)PdCl_(4)进行电偶置换,除去了Ag和Cu,引入了零价的Pd,并在纳米片上形成了大量孔隙。我们对这些CuAg电催化剂进行了CO_(2)RR测试,结果显示Pd_(0.7)Cu_(40.0)Ag_(59.7)PHNs在C_(2+)产物选择性(69.5%)和C_(2+)分电流密度(-349.1mA·cm^(-2))方面表现出最佳性能。密度泛函理论(DFT)模拟表明,PdAgCu表面具有独特的电子性质,降低了C-C偶联反应的能垒,凸显了Pd掺杂对CuAg电催化剂CO_(2)还原的卓越性能。本研究为基于多孔纳米薄片构建多层次多金属纳米结构提供了一种直观方法,并验证了其在电催化方面的结构优势,为高效的CO_(2)RR催化剂的合理设计提供了依据。

关键词：电催化CO_(2)还原贵金属多孔多级结构 C_(2+)产物

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面向先进生物医学应用的光声显微成像术(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第6期61卷 105-134页

作者：马海钢吴家辉朱亚辉魏翔于音什任世利陈钱左超南京理工大学电子工程与光电技术学院智能计算成像实验室(SCILab) 江苏南京210094 南京理工大学江苏省光谱成像与智能感知重点实验室江苏南京210094 南京理工大学智能计算成像研究院(SCIRI) 江苏南京210019

光声显微成像(PAM)是一种具有无损、多功能、高分辨率等特点的生物医学成像技术,通过检测光声信号进行图像重建可实现高分辨率和高深度的结构和功能成像,在生命科学、基础医学和医疗诊断中发挥着越来越重要的作用。首先概述光声显微技... 详细信息

光声显微成像(PAM)是一种具有无损、多功能、高分辨率等特点的生物医学成像技术,通过检测光声信号进行图像重建可实现高分辨率和高深度的结构和功能成像,在生命科学、基础医学和医疗诊断中发挥着越来越重要的作用。首先概述光声显微技术的发展背景和原理特点,然后对利用光学增强、声学增强、人工智能增强及光学与声学互补的光声显微成像术促进成像性能提升的方法进行论述,最后讨论当前光声显微技术在生物医学研究中的广泛应用,并对未来技术的发展趋势进行展望。

关键词：生物医学影像光声显微成像高分辨多功能无损

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一种双环快速瞬态响应无片外电容LDO

微电子学与计算机 2024年第8期41卷 115-120页

作者：奥鹏龙李海鸥徐卫林王媛桂林电子科技大学广西高校微电子器件与集成电路重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学广西精密导航技术与应用重点实验室广西桂林541004

针对传统低压差线性稳压器(LDO)需要离片大电容的不足,基于180 nm CMOS工艺设计了一款双环快速瞬态响应的无片外电容LDO。该LDO采用极点分裂技术,以保证在不同负载电流情况下的稳定性,并通过瞬态增强电路检测输出电压的波动来为功率管... 详细信息

针对传统低压差线性稳压器(LDO)需要离片大电容的不足,基于180 nm CMOS工艺设计了一款双环快速瞬态响应的无片外电容LDO。该LDO采用极点分裂技术,以保证在不同负载电流情况下的稳定性,并通过瞬态增强电路检测输出电压的波动来为功率管栅极提供额外充、放电电路,以减小系统的过冲电压。同时,在传统模拟环路的基础上增加了数字辅助环路,以提升LDO的最大负载电流。仿真结果表明,当电源电压为1.8 V,输出电压为1.5 V,该LDO负载电流最大值为275 mA,空载静态电流为39μA。负载电流1~250 mA在1μs的时间跳变时,上冲电压为66 mV,下冲电压为77 mV。结果表明LDO的带载能力、瞬态响应性能在双环路加持下得到显著提升。

关键词：无片外电容低压差线性稳压器极点分裂瞬态增强