PI 电容湿度传感器的研制

采用集成电路光刻工艺在玻璃衬底上制成了以聚酰亚胺 (PI) 为介质膜,以铬、金为电极的电容式湿度传感器.给出了传感器的制造工艺、湿敏特性和工作原理.测试结果表明:在相对湿度RH为0～96 % 范围内C～RH曲线线性度良好,灵敏度为RH 变化 1 %,电容变化 0.15～0.17 pF,该种湿度传感器的 RH长期稳定性为3 %/a.     

Sensing Properties of Ba1-xLaxNbyTi1-yO3 Thin-Film on SiO2/Si Substrate

通过离子束溅射技术淀积在SiO2/Si衬底上的钛酸镧钡铌膜(Ba1-xLaxNbyTi1-yO3),制成集薄膜电阻和金属-绝缘体-半导体(MIS)电容为一体的传感器.实验结果表明,薄膜电阻在303～673 K温度范围内对可见光和热具有良好的灵敏特性,同时MIS电容对相对湿度有很高的灵敏度.我们测试了此薄膜的光吸收特性,并得到了它的禁带宽度.最后,我们研究了薄膜电阻的阻抗温度频率特性和频率对MIS电容湿敏特性的影响.     

马尾松锯材在热压干燥过程中的传热规律

根据约翰.F.肖非稳态传热传质理论,建立了马尾松锯材在热压干燥过程中的传热数学模型。将马尾松锯材在干、湿球温度分别为100,99.5℃,即相对湿度约为100%的条件下汽蒸处理3h,然后在温度为180℃、压力为0.2MPa、呼吸间隔为60s(每次呼吸约1s)的工艺条件下进行热压干燥验证试验。结果表明,除少数几个值外,其余各点的实测温度与计算温度之间偏差均小于5%。该模型较好地反映了在热压干燥过程中马尾松锯材内的温度变化。     

SnO2/n-Si双层结构的湿度敏感性及其物理机制*

在室温下利用直流磁控溅射方法在硅基底上制备了二氧化锡薄膜,得到Sn O2/n-Si双层结构。利用扫描电子显微镜对二氧化锡薄膜的结构进行表征、分析。通过测量双层结构在干燥及湿度环境中的伏安特性,研究了其湿度敏感性。结果表明:双层结构在干燥和湿度环境中均表现出二极管特性,且从干燥环境向湿度环境过渡时,该结构在正向偏压下电流变化明显。基于该结构正向偏压下的伏安特性研究其湿度敏感性,研究发现双层结构在工作电压为0.25 V时,湿度灵敏度最佳。灵敏度随着环境湿度的增大而增大,在相对湿度为67%时,灵敏度达到142%,响应时间和恢复时间分别为550 s和240 s。最后,基于能带理论,揭示了双层结构湿度敏感性的物理机制。该研究对湿度传感器的开发具有一定的指导意义。     

西北地区黄土作为垃圾填埋场中间覆盖层的试验

垃圾填埋场中间覆盖层在垃圾分区或分层堆填作业过程中用于临时封闭垃圾堆体、控制降雨入渗并减少蚊蝇滋生和臭气等. 常用的高密度聚乙烯(high density polyethylene, HDPE)膜作为中间覆盖层, 存在易被垃圾刺穿导致坡面雨水大量入渗和造价较高等问题. 我国西北地区气候干旱且黄土分布广泛, 这些黄土是当地制作垃圾填埋场中间覆盖层非常便利的材料. 对黄土中间覆盖层的夯实施工、防渗性能和历经干湿循环作用后开裂导致其渗透系数增大、防渗性能劣化进行了试验研究. 结果表明: 黄土的饱和渗透系数随干密度增大而增大, 当干密度达到1.60 g/cm³时其渗透系数为10⁻⁷~10⁻⁶ cm/s, 防渗性能较好; 现场双套环原位实验测得黄土饱和渗透系数为8.37×10⁻⁸ cm/s, 较室内试验大1 倍左右; 黄土层历经自然干湿循环作用后易开裂, 有裂缝条件下其饱和入渗系数为1.18×10⁻⁶ cm/s, 比无裂缝条件下的 增大了14 倍左右. 在增设15 cm 厚的保护植被土层后, 黄土的开裂情况得到明显抑制.     

半导陶瓷湿度传感器的阻抗—湿度特性

用二氧化锆、二氧化硅、磷酸和其它掺杂剂制作各种半导瓷湿度传感器。电导的加强是依靠水的吸附和毛细凝聚。随着相对湿度逐步从5％增大到100％,在20℃和1kHz时,阻抗由2×10~8Ω减小到2×10~3Ω。电阻随湿度改变的响应时间在5s以下,为了降低多元氧化物半导瓷的阻抗,研究了多孔瓷体中掺杂纯金属或金属氧化物的效果,对一种最简单的制作半导瓷湿度传感器的方法作了具体介绍。推导了半导瓷湿度传感器的通用的阻抗—湿度特性方程式,并且用以计算一些实际样品的阻抗—湿度特性曲线,获得理论结果同实验测量之间互相一致。     

用于直流输电系统保护的di/dt传感器研究

以直流输电系统的短路保护为研究对象,根据电流变化率保护的要求,基于罗氏线圈原理,设计了电流变化率传感器.给出了电流变化率传感器分布参数模型及集总参数等效模型,讨论了该传感器幅频特性及时域特性.通过理论分析、计算仿真及试验验证了该传感器的可实施性,仿真和试验结果表明:在保证灵敏度大于0.15V/(A·μs-1)的同时,该传感器输出的上升时间可控制在5μs以内,并且能够正确反映故障电流的变化.     

In2O3多孔有序薄膜的制备及其对丁酮气敏特性

利用气/液界面自组装法和溶液浸渍转移法制备了单层和双层氧化铟多孔有序气敏薄膜,并对其进行了气敏特性测试,同时利用多物理场耦合进行气敏特性仿真研究.结果表明,制备的气敏薄膜具有规则的孔道结构,孔壁呈现为具有大比表面积的片状结构.基于该气敏材料的气体传感器对丁酮表现出优良的气敏特性,单层In₂O₃多孔有序气体传感器在最佳工作温度350℃的条件下对质量分数为100×10^-6的丁酮的灵敏度为15.37,响应时间仅为4.3s;双层In₂O₃多孔有序气体传感器在最佳工作温度375℃的条件下对质量分数为100×10^-6的丁酮的灵敏度为20.45,响应时间为22.7s.仿真结果与气敏特性测试结果吻合较好.     

SnO2纳米颗粒对CH4气敏特性的研究

使用溶胶-凝胶法制备了SnO2纳米颗粒.通过X射线衍射和扫描电子显微镜手段对材料的晶体结构和表面进行分析,结果表明所得材料为纯SnO2纳米颗粒.以所制备的SnO2纳米颗粒为气敏材料制备电阻式气敏元件,在CH4体积分数为2.5×10-4时,测试SnO2纳米颗粒对CH4气体的气敏特性,包括工作温度-气体灵敏度和响应-恢复特性,结果表明SnO2颗粒在工作温度为350℃时对CH4的最大灵敏度为11,响应-恢复时间分别为5s和8s.实验结果表明,该SnO2纳米颗粒气敏传感器对CH4具有快速响应和高灵敏度的特性,在工矿安全运行和环境保护方面具有重要的应用价值.     

掺Fe3+TiO2薄膜型氧气传感器研究

讨论了TiO2对氧气的吸附过程及敏感机理,重点分析了掺铁对氧敏特性的影响.设计出了基于Ti02薄膜结构氧气传感器,通过硅工艺制作了Fe3+掺杂的TiO2薄膜型氧气传感器、并在400℃下对传感器的氧敏特性进行了测试.实验结果表明,该氧气传感器在高温条件下对氧气含量的变化有明显的响应,且具有低电阻的特性.     

Fabrication and properties of anodic alumina humidity sensor with through-hole structure

Through-hole structural humidity sensor was fabricated by radio-frequency magnetron sputtering deposition of gold electrodes on two sides of anodic aluminum oxide （AAO） membranes which were prepared by two-step anodization procedure at 0-5℃ and 40 V in 0.5 mol/L oxalic acid electrolyte. The investigation on the impedance at various humid conditions showed a linear relationship between impedance and relative humidity over the range of 12%-97% RH. Other excellent properties such as rapid response and good reproducibility were also obtained,     

Crystallization kinetics of sea-salt aerosols studied by high-speed photography

Morphological changes with decreasing relative humidity(RH) of supersaturated sea-salt aerosol droplets on a quartz substrate were observed using a high-speed video-camera.Stable gypsum(CaSO4·2H2O) or the metastable hemihydrate(CaSO4·0.5H2O) were precipitated as the RH decreased.The dynamic process of crystal growth under steady-state humidity was studied by controlling the RH;the metastable hemihydrate was precipitated at 70.5%-77.1% RH,and the apparent crystal growth rate was between 1.42 and 2.33 μm3/s.Stable gypsum was formed at 80.7%-82.2% RH,and the apparent crystal growth rate was between 0.70 and 0.81 μm3/s.     

一种市售曲奇饼干基于脂肪氧化货架期的预测

以一种市售曲奇饼干为样品,采用"Schaal耐热试验法"加快样品变质速度,将样品贮藏于60℃,50%RH恒温恒湿条件下进行周期性实验,定期取样测定其酸价和过氧化值,同时进行感官评定.以贮藏时间和对应的过氧化值、酸价的对数值进行回归拟合,得到在60℃,50%RH恒温恒湿条件下,该种曲奇饼干的货架期为23 d.根据氧化一级动力学方程,应用Arrhenius公式预测该种曲奇饼干产品在常温20℃,50%RH下的货架期为368 d.     

不同湿度环境下CH3NH3PbI3薄膜的退化过程

实验分析了在15%、50%和90%RH湿度条件下CH₃NH₃PbI₃薄膜退化过程.通过XRD测量发现不同湿度环境中CH₃NH₃PbI₃薄膜的退化产物为PbI₂,且在90%相对湿度(RH)环境下还观测到了退化中间产物水合物(CH₃NH₃)₄PbI₆·2H₂O.不同湿度环境中CH₃NH₃PbI₃薄膜退化速度不同,湿度越大,退化速度越快.通过载流子动力学的测量发现随着退化时间增长,CH₃NH₃PbI₃薄膜光生载流子数量不断减小.低湿度环境下CH₃NH₃PbI₃薄膜在退化过程中表现出缺陷钝化现象,载流子复合寿命随退化时间呈先上升后下降趋势.而在高湿度条件下,CH₃NH₃PbI₃薄膜出现缺陷增加现象,载流子复合寿命随退化时间呈下降趋势.     

均苯三甲酸-镍配合物的湿敏性质

以1,3,5-苯三甲酸（H₃BTC）为配体, Ni²⁺为中心离子, 水为溶剂, 常温下合成均苯三甲酸-镍配合物（BTC-Ni）,通过X射线单晶衍射表征其晶体结构, 研究其频率特性、 响应恢复特性和湿滞特性等湿敏性质, 并对其感湿机理进行测试和分析. 结果表明： 该晶体单元结构为［Ni₃(BTC)₂·14H₂O］·2H₂O（CCDC编号：1990438）, 配合物为零维结构; 在中高湿度（54%~97% RH）区域的感湿特征曲线线性关系良好, 响应恢复时间为2 s, 湿敏性能优异, 适用于作为检测中高湿度环境的湿敏材料.     

均苯三甲酸-镍配合物的湿敏性质

以1，3，5-苯三甲酸（H₃BTC）为配体， Ni²⁺为中心离子， 水为溶剂， 常温下合成均苯三甲酸-镍配合物（BTC-Ni），通过X射线单晶衍射表征其晶体结构， 研究其频率特性、 响应恢复特性和湿滞特性等湿敏性质， 并对其感湿机理进行测试和分析. 结果表明： 该晶体单元结构为［Ni₃(BTC)₂·14H₂O］·2H₂O（CCDC编号：1990438）， 配合物为零维结构； 在中高湿度（54%~97% RH）区域的感湿特征曲线线性关系良好， 响应恢复时间为2 s， 湿敏性能优异， 适用于作为检测中高湿度环境的湿敏材料.     

FTIR-ATR chamber for observation of efflorescence and deliquescence processes of NaClO4 aerosol particles on ZnSe substrate

NaClO4 aerosol particles with diameter of 5-20 microns are deposited on the ZnSe substrate. An FTIR-ATR chamber on the ZnSe substrate is set up to observe the structural changes of NaClO4 aerosol particles at crystallization relative humidity （CRH） and deliquescence relative humidity （DRH）. With the decrease of RH （relative humidity） from 96% to 24% in the efflorescence process, the absorbance of O-H stretching band of the aerosol solutions continuously decreases. A sudden decrease of the water peak is observed at RH20%, where solid particles form. Very small amount of residual interfacial water, with two weak peaks at 3602 and 3533 cm^-1, can still be resolved in the FTIR-ATR spectra of the solid particles. In the deliquescence process of the same sample, little spectral changes are observed when the value of RH varies from 5% to 29%. Before the abrupt increase of the O-H stretching band at the DRH of about RH46%, a pre-deliquescence process is observed, i.e. in the RH range between 33% and 46%, there is really a slow absorbance increase for the peak area of O-H stretching band. The O-H stretching band shows an arciform O-H en- velope, totally different from not only the FTIR-ATR spectra of ClO4^- solutions either under supersaturated state or in diluted state, but also the characteristic of the residually interfacial water discussed in the efflorescence process. Such kind of water is considered as pure water, indicating that small amount of water aggregates in the microspaces of solid aerosol particles due to the capillary cohesion effect. When the RH arrives at RH44%, two weak shoulders at 3384 and 3260 cm^-1 can be resolved, and the solid NaClO4 particles begin to be dissolved by increasing capillary cohesion water. The spectral characteristic of the v3-ClO4^- band also shows the transition from solid particles to mainly solvated ClO4^- ions.     

TiO2-assisted GaN-nanowire-based stable ultraviolet photoelectrochemical detection

Ultraviolet photodetection plays an important role in optical communication and chemical- and bio- related sensing applications. Gallium nitride (GaN) nanowires-based photoelectrochemical-type photodetectors, which operate particularly in acqueous conditions, have been attracted extensive interest because of their low cost, fast photoresponse, and excellent responsivity. However, GaN nanowires, which have a large surface-to-volume ratio, suffer suffered from instability in photoelectrochemical environments because of photocorrosion. In this study, the structural and photoelectrochemical properties of GaN nanowires with improved photoresponse and chemical stability obtained by coating the nanowire surface with an ultrathin TiO₂ protective layer were investigated. The photocurrent density of TiO₂-coated GaN nanowires changed minimally over a relatively long operation time of 2000 s under 365-nm illumination. Meanwhile, the attenuation coefficient of the photocurrent density could be reduced to 49%, whereas it is as high as 85% in uncoated GaN nanowires. Furthermore, the photoelectrochemical behavior of the nanowires was investigated through electrochemical impedance spectroscopy measurements. The results shed light on the construction of long-term-stable GaN-nanowire-based photoelectrochemical-type photodetectors.     

钛酸钠纳米线的电传输特性研究

利用电子束光刻技术制作了基于钛酸钠纳米线的纳米器件。分别在大气和真空两种环境下测量了该器件的电学特性,发现器件所处的气体环境可以影响其电传输特性,这可能是由于纳米线表面的氧分子吸附造成的。另外,还研究了紫外光（UV）照射纳米线对器件电学特性的影响,发现紫外光可以使纳米线产生很大的光电导。研究表明上述纳米器件可用作气体探测器和光电探测器。     

钛酸铅纳米线的铁电相变研究

采用水热法合成钙钛矿结构钛酸铅（PbTiO3）纳米线.水热温度对产物的形貌有较大的影响,PbTiO3纳米线的直径为10~20 nm.变温Raman光谱研究表明,随着温度的升高,位于600 cm-1以上声子的振动频率变化不大,而位于低频的振动峰发生了红移或消失;PbTiO3纳米线在283℃发生正交→四方的结构转变,而在435℃附近对应于PbTiO3纳米线的四方→立方转变.