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基于两步法阳极氧化的TiO2纳米管阵列制备研究

采用低浓度的无机溶剂HF溶液(0.05％,质量分数)对溅射在硅基底上的400 nm钛薄膜进行阳极氧化制备TiO2纳米管阵列,并利用SEM对制备出的TiO2纳米管阵列进行表征.实验结果表明,通过优化阳极氧化电压幅值、电压施加方式和氧化时间,均可有效控制纳米管阵列的尺寸和形貌.首先施加0.5V的低电压28 min,在低浓度的HF溶液中阳极氧化钛薄膜制备TiO2纳米管阵列,其管径可达120 nm左右.在此基础上,对电压施加方式进行改进,提出两步法施加电压方式,并优化氧化时间,在硅基底钛薄膜上制备出管径为100 ～ 270 nm结构紧密有序的TiO2纳米管阵列,明显优于钛薄膜在有机电解液中氧化制备的管径为70～100 nm的TiO2纳米管阵列.

关键词: 硅基底 , 阳极氧化 , TiO2纳米管阵列

基于量子阱薄膜的纳机电矢量水听器设计

薛晨阳 , 陈尚 , 张文栋 , 刘俊 , 张斌珍 , 李丽华

功能材料与器件学报 doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2008.01.019

根据介观压阻效应原理以及柱体声学理论,提出了一种基于量子阱薄膜的纳机电矢量水听器,期望利用量子阱薄膜材料的高灵敏度压阻效应以及水听器精巧的微结构,提高矢量水听器的灵敏度,实现水听器的低频特性及结构微小型化.首先概括地描述了介观压阻效应原理以及柱体声学理论;完成了水听器的结构设计;采用GaAs基微机械加工工艺完成了水听器的加工并对水听器进行了封装,最后对研制出的水听器的性能指标进行了测试,测试结果表明:纳机电矢量水听器不但体积小、质量轻、结构简单,而且能够获取水下声场的质点振动信息,具有"8字型"的指向性,可进行水下声信号的定位探测.

关键词: 矢量水听器 , 量子阱薄膜 , 纳机电 , 指向性

基于共振隧穿结构的压阻系数

魏天杰 , 薛晨阳 , 李艳 , 张文栋

功能材料与器件学报 doi:10.3969/j.issn.1007-4252.2008.01.040

以共振隧穿结构为压阻器件可以得到较高的灵敏度,但是当实验选择不同的工作偏压时,这种压阻效应表现得极其不同.由于高灵敏度是依靠较高的I-V曲线斜率获得的,因此最初人们希望选择具有较高峰谷比结构作为器件.但是有些区域的斜率过大,以至于压阻效应失去线性及稳定性而变得没有实用价值.另外,在某些工作区域由于共振隧穿结构本身具有的双稳态特性,而使其完全失去压阻特性.本文对这些问题进行了系统分析,并对一个具体的结构,分析其工作区域及特性,给出最高灵敏度可达700左右.

关键词: 共振隧穿结构 , 压阻系数 , I-V曲线 , 灵敏度

高Q值环形波导微谐振腔研究进展

晋玉剑 , 薛晨阳 , 丑修建 , 刘俊 , 张文栋

材料导报

基于高Q值环形波导微谐振腔和微加工工艺的微光机电器件及系统是当前微纳制造科学和量子光学技术领域的研究热点.主要分析了环形波导微谐振腔的物理作用及应用价值,系统综述了环形波导微谐振腔Q值的测量方法,重点讨论了硅基环形波导微谐振腔Q值的影响因素,从材料、结构设计、加工工艺方面分析了提高环形波导微谐振腔Q值的技术途径,指出了当前高Q值环形波导微谐振腔研究存在的技术瓶颈问题,并展望了未来的发展趋势.

关键词: 光波导 , 微谐振腔 , 高Q值 , 微光机电系统

单悬臂梁阵列式压电能量采集器的研究?

贺婷 , 丑修建 , 王二伟 , 甄国涌 , 张文栋

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.14.022

根据当前物联网以及无线传感网络的需求,以MEMS技术为依托,结合压电效应,提出了一种单悬臂梁阵列式压电式能量采集器。在分析压电能量采集器结构力学特性的基础上,详细介绍了两种不同尺寸微结构的设计、加工和测试。采用 ANSYS 软件仿真,得出两种微结构的谐振频率分别为3．9和4 kHz；利用溶胶-凝胶法制备出15和20层的 PZT 压电功能薄膜,电镜扫描其厚度分别为1849,2667 nm,AFM对比表面形貌其粗糙度分别为1．8和2．11 nm,后者致密更好,颗粒较小,相变温度相对比较高。

关键词: 振动能量采集 , 压电效应 , MEMS , ANSYS , PZT薄膜

基于超材料的超薄双频吸波器设计与制造

张勇 , 段俊萍 , 张文栋 , 王万军 , 张斌珍

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.16.033

设计并制备了工作于厘米波(3～30GHz)和毫米波(30～300GHz)的“三明治”式圆环套十字结构的双频吸波器,基于CST 2015全波有限积分法仿真并分析了胞元的结构尺寸和材料参数对吸波器性能的影响.采用在双面溅射铜的环氧树脂板上激光烧蚀的工艺制备出谐振点在17.595 GHz、36.9 GHz的双频吸波器,制备出的吸波器厚度为谐振波长的1/85和1/41,峰值吸波率为99.764％,半波峰宽为0.616GHz和0.878 GHz.该吸波器具有偏振不敏感和超薄特性的同时兼具入射角选择性,制备的样片测试结果很好地证实其优异的吸波性能.该吸波器设计灵活、性价比高、吸波性能好,拓展了军事领域雷达波屏蔽的思路.

关键词: 超材料 , 雷达波 , 吸波器 , 双频 , 谐振

石墨烯/银纳米颗粒复合材料的制备及其对双氧水的电化学检测?

刘杰 , 赵振廷 , 史健芳 , 张文栋 , 胡杰

材料导报 doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.24.003

以氧化石墨烯(GO)和硝酸银为原材料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为还原剂和稳定剂,通过水热法制备出还原氧化石墨烯/银纳米颗粒(rGO/AgNPs)复合材料。采用透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)及紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对 rGO/AgNPs复合材料的形貌、组成和结构进行表征。同时,将 rGO/AgNPs 复合材料修饰到玻碳电极表面制备出过氧化氢(H2 O2)电化学传感器,通过循环伏安法(CV)和计时安培响应法(i-t)对传感器进行电化学性能测试。实验结果表明：制备的rGO/AgNPs传感器具有较好的电化学性能,其对 H2 O2检测的灵敏度为340.6μA·(mmol/L)-1·cm-2,响应时间为3 s,最低检测极限为7.5μmol/L(S/N=3),线性检测范围为20~4950μmol/L(线性相关系数为R=0.9973)。

关键词: 还原氧化石墨烯 , 银纳米颗粒 , 过氧化氢 , 电化学传感器 , 循环伏安法

Au掺杂花状In2O3微结构的制备及其气敏特性研究

张萌 , 梁燕飞 , 张俊 , 张文栋 , 胡杰

功能材料 doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.05.025

采用水热法制备了不同浓度(0％,1％,3％和5％(摩尔分数))Au掺杂的花状In2 O3微结构.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱分析仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的 In2 O3的晶相、成分和微观形貌进行表征与分析.分析结果表明,制备的花状微结构的平均粒径约4μm,花状纳米片的厚度约为25 nm.同时,对制备的Au掺杂 In2 O3气体传感器的气敏特性进行了研究,实验结果表明,在最佳工作温度(250℃)条件下,3％(摩尔分数)Au掺杂In2 O3气体传感器对100×10－6丙酮气体的灵敏度达到23．1,响应时间和恢复时间分别为10和13 s.最后对Au掺杂In2 O3的气敏机理进行了分析.

关键词: 水热法 , 花状In2 O3 , Au掺杂 , 丙酮 , 气体传感器