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oe1(光电查) - 科学论文

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  • [2018年IEEE第13届纳米/微米工程与分子系统国际年会(NEMS) - 新加坡，新加坡（2018.4.22-2018.4.26）] 2018年IEEE第13届纳米/微米工程与分子系统国际年会(NEMS) - 基于3D打印虚拟冲击器和QCM传感器的PM分类与浓度检测微型系统

    摘要： 本文报道了一种基于三维（3D）打印虚拟冲击器和石英晶体微天平（QCM）传感器的微型气溶胶颗粒物（PM）分离与富集检测系统。通过计算流体动力学（CFD）模拟优化，该虚拟冲击器尺寸仅为24×24×10 mm3。我们在密闭腔室中对直径0.5至10微米的氧化硅粉末进行分级检测，以此表征该微型PM监测系统的性能。实验结果表明：虚拟冲击器能根据粒径分离小于2.5微米截止直径的颗粒物，并由QCM传感器进行检测。此外，QCM传感器的谐振频率随PM质量负载增加呈线性下降趋势。

    关键词： 颗粒物，虚拟撞击器，石英晶体微天平，分类

    更新于2025-09-23 08:19:27

  • 一种基于可溶液加工氧化铟量子点的新型石英晶体微天平湿度传感器

    摘要： 量子点（QDs）具有较大的比表面积，其纳米级尺寸同样会引发量子限域效应，这为湿度传感创造了巨大潜力。高密度的表面吸附位点能引发更强的响应信号。量子点之间的多孔结构可实现水蒸气的快速渗透与逸出。本研究采用溶剂热法合成了氧化铟（In2O3）量子点，并以此制备了石英晶体微天平（QCM）湿度传感器。将In2O3量子点直接旋涂于QCM后，退火过程消除了有机长链，使量子点表面暴露出更多吸湿位点。经退火处理的QCM湿度传感器展现出高灵敏度（86.3% RH时为56.3 Hz/%RH）和快速响应/恢复特性（14秒/16秒）。长碳链发生断裂，氢键羟基通过化学吸附附着于量子点表面，这些化学吸附的氢键羟基抑制了化学反应的发生。质量变化主要源于快速的多层物理吸附过程。因此该传感器能有效精确监测人体呼出的水汽。In2O3量子点修饰的QCM传感器在日常生活湿度检测领域展现出良好应用前景。

    关键词： 氧化铟量子点、退火工艺、溶剂热法、湿度传感器、石英晶体微天平

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 通过PbI?溶剂实现α-FAPbI?钙钛矿相的室温部分转化以制备高效太阳能电池

    摘要： 由金属卤化物沉积继而转化为混合钙钛矿的两步转化工艺已成功应用于制备高质量MAPbI3典型混合钙钛矿太阳能电池，但其他卤化物钙钛矿（如带隙更低的FAPbI3）的转化更具挑战性，易受FAPbI3六方非钙钛矿多晶型形成的阻碍，需添加铯元素和/或进行长时间热退火。本研究展示了一种无需铯元素的PbI2室温高效转化为α-FAPbI3钙钛矿相的新路径。通过原位掠入射广角X射线散射(GIWAXS)与耗散型石英晶体微天平(QCM-D)技术，对比了PbI2前驱体在不同状态下的转化行为。研究发现α-FAPbI3能自发高效地从P2态（含DMF的有序溶剂化多晶型）室温形成且不产生六方相，经热退火后实现完全转化。由于载流子复合速率降低，所制太阳能电池平均光电转换效率(PCE)从退火PbI2转化的16.0(±0.32)%显著提升至溶剂化PbI2转化的17.23(±0.28)%，最优器件效率超过18%。该研究为基于FA+阳离子的混合钙钛矿薄膜室温相变及加工提供了新设计准则，无需添加Cs+或采用混合卤化物配方。

    关键词： FAPbI3，两步转化法，高性能，混合钙钛矿太阳能电池，石英晶体微天平，在位掠入射广角X射线散射

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 基于模态局域化原理、采用高Q值耦合谐振器实现的可调谐混合传感系统

    摘要： 过去十年间，基于安德森模态局域化原理的微机电系统（MEMS）器件研发日益受到关注，这类器件能显著提升对质量扰动的检测灵敏度[1-7]。模态局域化现象发生于弱耦合的相同谐振器阵列中——当引入质量或刚度扰动时即会出现。该技术的核心优势在于对扰动的高灵敏度响应及共模抑制能力[8]。然而要实现这一效应，必须满足两个条件：一是谐振器阵列需完全一致，二是耦合刚度既要足够低以避免模式混叠，又不能过低[9]。因此，微加工缺陷往往成为此类高灵敏度传感器应用的障碍。此外，器件几何结构与激励模式的选择也受限于耦合方式实现（例如双端音叉[4]或悬臂梁[5]的首阶模态）。为此，我们提出替代方案：构建由第一机械谐振器与第二物理性质不同的可调谐谐振器耦合的系统。这种混合方法已应用于Q因子达1000的电学谐振器进行MEMS特性表征[10]，我们先前也证实了在Q因子20的电学谐振器与数字器件组合系统中产生模态的可行性[11]。本研究首次采用品质因数超过10^5的压电谐振器（QCM）构建二自由度耦合系统，其中耦合部分及其中一个谐振器通过基于动力学方程的数字等效模型实现，并搭载实时计算的硬件系统。该方法可调控谐振器设计参数与耦合系数以达到模态局域化的最优条件，同时消除耦合设计带来的几何约束（从而允许使用QCM等器件）。鉴于此类压电谐振器在食品安全、环境监测、安全防护及健康检测等质量传感领域的广泛应用[12]，本成果为新一代超灵敏生物传感器研发开辟了新途径。

    关键词： 现场可编程门阵列、可调谐混合系统、弱耦合、石英晶体微天平、模态局部化、数字谐振器

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 一种基于真空条件下红外成像的金属基底铯覆盖度实时原位估算模型

    摘要： 本研究旨在开发一种基于红外（IR）相机的原位诊断工具，用于测定适用于离子源应用的铯（Cs）覆盖度。通过铯注入可降低表面功函数，从而增强表面辅助负氢离子的产生。金属表面（如钨或钼）上铯的时序沉积遵循朗缪尔吸附等温线（LAI）特性。在恒定表面发射率条件下，表面温度变化会通过红外相机温度测量反映铯沉积情况。本文基于LAI理论，提出了铯覆盖度与表面发射率及温度变化之间关系的模型。为验证该模型，设计了阴极-阳极组件形式的表面电离探针（SIP）与红外相机观测装置，用于同步测量铯通量与表面温度。实验中采用标准石英晶体微天平（QCM）验证了SIP的铯通量测量结果。该模型可用于关联负离子源相关真空条件下等离子体栅极类表面的铯覆盖度。

    关键词： 表面电离探针、红外相机、铯覆盖层、石英晶体微天平、朗缪尔吸附等温线

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 具有低玻璃化转变温度的光致变色二芳烯表面金属蒸气原子的成核机制

    摘要： 有机表面上的金属图案形成对有机电子学至关重要。利用光致变色二芳烯（DAE）进行选择性金属蒸气沉积是一种通过无掩模蒸发制备精细金属图案的有前景的方法。金属蒸气原子会吸附、扩散，然后从具有低玻璃化转变温度的无色表面脱附。然而，我们发现即使在无色表面上，通过连续蒸发，金属沉积也会在特定时间（沉积阈值时间tth）开始。我们使用石英晶体微天平研究了tth。我们阐明，金属成核位点是由金属原子与表面DAE分子之间的化学反应产生的。在金属蒸发过程中，成核位点的数量增加，当这些位点位于表面金属原子的扩散范围内时，金属原子的成核过程开始，从而形成薄膜。这就是tth的起源。这一结果将为基于选择性金属蒸气沉积的有机器件电极制备提供重要知识。

    关键词： 有机电子学、成核机制、光致变色二芳烯、石英晶体微天平、金属蒸气沉积

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 藻蓝蛋白吸附对DSS电池性能的影响：电化学与QCM评估

    摘要： 采用石英晶体微天平(QCM)及电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)等电化学技术，评估了共吸附剂和不同pH值对藻蓝蛋白组装染料敏化太阳能电池(DSS)效率的影响。当纳米结构TiO2电极浸入染料溶液时，分别添加叶绿素、十七烷酸以及调节pH值为7.5或8.5。以脂肪酸作为共吸附剂时获得最佳转换效率，在开路状态下转换效率达到0.04%。

    关键词： 染料敏化太阳能电池、石英晶体微天平、共吸附剂、电化学阻抗谱、藻蓝蛋白

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 分子印迹聚合物包覆石英晶体微天平传感器检测苯及挥发性芳香化合物

    摘要： 检测苯及其类似物十分重要，但若不使用昂贵精密的分析仪器则难度较大。本研究报道了采用石英晶体微天平（QCM）传感器对苯、甲苯及二甲苯异构体等芳香烃的检测方法。通过简单的溶液滴涂法在镀银石英晶体表面制备涂层，并在惰性气氛中热聚合形成传感薄膜。该聚合物由苯乙烯、二乙烯基苯和桐油以最佳比例在90℃下与模板剂共聚合成，其中1,2,3-三甲氧基苯作为模板剂对所有目标烃类表现出最高效的识别性能。所有蒸汽在约1.645至2.605 Hz/ppm浓度范围内均呈现线性校准曲线。苯的检测灵敏度达到2.605 Hz/ppm，为现有文献报道最高值，因此可检测的苯最低浓度为0.98 ppm。通过FTIR光谱、场发射扫描电镜（FESEM）和原子力显微镜（AFM）分析了分子印迹聚合物的结构与表面形貌。本工作采用的分子印迹聚合物薄膜对芳香分子的检测灵敏度，在现有文献报道中表现最优。

    关键词： 分子印迹技术、热聚合、植物油、石英晶体微天平（QCM）、芳香烃

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • 基于氧化锌纳米结构的全湿法制备室温乙醇检测QCM传感器

    摘要： QCM是室温下检测挥发性有机化合物(VOC)的主要传感方法之一。纳米结构因其大表面积能有效提高灵敏度。我们采用ZnO纳米结构检测乙醇气体，该纳米结构通过全湿法工艺（包括电沉积和化学浴沉积CBD）制备：先用电沉积获得籽晶层，再通过CBD形成纳米结构。电沉积的电荷量可控制籽晶层厚度，CBD的沉积时间可调节纳米结构厚度。结果表明：当CBD沉积时间固定为30分钟时，随着籽晶层厚度增加，传感器灵敏度显著提升。这些发现证明，采用适合大规模低成本生产的全湿法工艺，可获得高灵敏度的VOC传感器。

    关键词： 纳米结构、石英晶体微天平、气体传感

    更新于2025-09-09 09:28:46

  • SiO2/水界面附近的带电聚苯乙烯纳米颗粒

    摘要： 耗散型石英晶体微天平（QCM-D）监测技术用于研究液-固界面的吸附过程，目前越来越多地被应用于表征复杂液体的粘弹性特性。本研究通过QCM-D技术探究了水中分散的电荷稳定聚苯乙烯颗粒（半径37纳米）界面附近结构及高频粘弹性特性，为该领域提供了新见解。研究发现随着离子强度和颗粒浓度增加会出现相应变化。通常认为用水性分散体系替代纯水会导致频率f降低，但在低离子强度条件下用颗粒分散体系替换纯水时，却观察到频率f和耗散D同时升高。QCM-D数据与粘弹性模型高度吻合：当颗粒体积分数从0.005增至0.07时，粘度从1.0 mPa·s升至1.3 mPa·s。这种高于非相互作用分散体系预测值的增幅，可通过颗粒间电荷排斥导致有效体积分数升高来解释。研究表明聚苯乙烯颗粒并未附着于固体表面，而是被纯分散介质层隔开。采用粘弹性Kelvin-Voigt模型成功解析了QCM-D响应，由此得出分散介质层厚度与颗粒间体相间距相当（50-250纳米量级），且随颗粒浓度增加或盐分添加而减小。此前在弱附着胶体颗粒和细菌体系中也曾观察到类似的异常频率和耗散响应，传统解释为耦合谐振器效应。我们证明此类现象无需表面附着即可发生，当粘弹性液体通过薄层牛顿流体与振荡表面分离时，同样会产生类似响应。

    关键词： 乳胶、电黏效应、颗粒耗竭、高频黏度、石英晶体微天平-耗散监测技术（QCM - D）

    更新于2025-09-09 09:28:46