基于高电导率石墨烯膜的低功耗柔性应变传感器

<正>人们往往通过感觉器官(如眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮肤等)获得外界信息.然而,随着科技的日益发展,人体的感官已经不能满足生产活动中高精度测量的应用需求,各类型的传感器应运而生.作为传感器的一个分支,应变传感器用于定量探测物体表面的变形,在可穿戴电子设备、机器人、人体健康监护系统、语音康复训练系统等领域,展现出巨大的应用潜力.应变传感器可以分为电容式、压电式、电阻式、摩擦生电式四种类型[1].     

机器学习在可穿戴智能传感系统中的应用与进展

近些年,随着传感器和集成电路制造工艺的高速发展,可穿戴设备的应用越来越多;同时,利用人工智能和机器学习方法来辅助和促进可穿戴系统的应用也得到了广泛的研究.机器学习辅助的可穿戴智能传感系统可以跟踪监测人体活动和生命体征信号,在人机交互、数字健康乃至临床诊断等领域具有重要的应用前景.本文详细介绍和讨论了近期可穿戴传感器件、机器学习算法及其辅助可穿戴传感应用等研究进展,并探讨了机器学习辅助的可穿戴传感系统面临的挑战,总结了有待改进之处.同时,本文也针对机器学习在可穿戴传感系统中的进一步应用提出了潜在的解决方案和可能的发展方向.     

微纳系统中的可持续自供型电源: 能源研究中的新兴领域

自从手提电脑和手机等个人可移动电子产品普及以后, 解决小范围的用电显得格外重要. 我们目前主要靠的是蓄电池. 在未来不久, 由于微纳系统的发展以及它们在原位人体健康的实时监测、基础设施的监测、环境监测、物联网以及军事技术上的应用, 传统的利用蓄电池来提供电源的方法将不能满足或不能适应传感器网络的工作环境和要求. 在2005年, 作者提出了自驱动的概念, 其根本是利用从环境中收集的能量, 通过能量转换来驱动这些微纳系统, 实现功率自给. 本文介绍作为微纳系统中可持续自供型电源的一种——纳米发电机的研究和未来应用.     

光激发气体传感器

随着人们环境健康与安全意识的提升,气氛识别的应用场景得到不断拓展,这对气体传感器的发展提出了集成化、便携化和智能化等全新要求.为突破热激发气体传感器必须在高温工作的局限,人们提出利用光代替热作为气体传感器激发能量的来源,光激发气体传感器应运而生.同时具有光电性能和气敏性能的半导体敏感材料是光激发气体传感器的核心.激发光波段与气敏材料带隙具有一一对应的关系,常见的气敏材料带隙均在3.0 eV以上,现有的绝大部分光激发气体传感器工作均须采用紫外光激发.然而,紫外光对人体有诸多的危害,拓展光激发气体传感器的可用光波段范围,是光激发气敏材料开发的重要目标.纳米形貌调控、材料修饰和材料复配等是目前最常用的能带调控手段.由于该领域的发展还停留在实验室阶段,如何与产业对接,制造出真实可用的产品是目前亟需突破的问题.简化工艺、降低成本且不牺牲器件性能是器件结构与工艺设计的首要原则.人们在克服诸如器件小型化、集成化以及工艺兼容性问题等方面已取得了部分阶段性进展.本文从光源种类、光源波长与材料带隙的匹配和器件结构设计等方面出发,系统地介绍光激发气体传感器的研究现状,提供新的研究思路.     

智能视觉芯片

智能视觉芯片(视觉芯片)是一种集成视觉传感器、高能效处理器、存储器的片上系统芯片,在自动驾驶、安防监控、机器人视觉等领域都具有广泛的应用价值.硅基CMOS工艺上既可以实现大规模的视觉传感器,也可制备大规模存储器和处理器,所以基于硅基CMOS工艺,人们可以借助光电子、微电子混合集成技术实现感存算一体化融合的视觉芯片,以克服传统视觉系统中图像串行传输和处理的瓶颈,有效降低处理延迟并提高智能化水平.构建视觉芯片需要突破高性能视觉图像传感器设计、高能效视觉图像处理器设计、视觉处理算法以及传感器/存储器/处理器一体化集成等多方面的关键问题.本文首先介绍视觉芯片的概念和架构,然后分别介绍视觉芯片各项关键技术的发展现状,最后简述视觉芯片的未来发展方向.     

生命科学的研究与信息检测技术

本文从生命科学的研究特点谈起,介绍现代生物医学发展对信息检测技术的要求,以及信息检测技术在生物学、医学和人体工程学等方面的应用,并展望与现代工程技术科学紧密结合的仿生学在发展高性能的传感器及检测技术中日益发挥的重要作用。     

分子印迹表面增强拉曼散射传感器的构建与应用

分子印迹表面增强拉曼散射(MI-SERS)传感器,将具有构效预定性、识别特异性和应用普遍性的分子印迹聚合物(MIPs)作为识别元件,结合表面增强拉曼散射(SERS)光谱检测技术的指纹识别、无损、高灵敏和快速的优良特性,提高了传感器的分析性能,为复杂基质痕量分析提供了新方法. MI-SERS传感器凭借高效、精确、无损等成为新兴的研究热点,在环境监测、食品安全、生物医药等领域显示了广阔的发展前景.本文综述了MI-SERS传感器构建与应用的新进展.首先,介绍了基本的传感机理,以及根据使用场景、操作过程和检测模式进行的结构分类.然后,从MIPs制备策略和SERS基底改良入手,阐述了提高传感器性能的印迹策略和条件优化方法,并探讨了传感器的即时检验应用.最后,提出了MI-SERS传感器在稳定性、增强机理、普适性、绿色可持续性方面可能面临的挑战,展望了其构建和应用前景.     

环境污染物对人体生物有效性测定的胃肠模拟研究现状

环境污染物对人体健康产生了巨大的危害, 污染物的生物利用度是人体健康风险评估中的关键因子. 本文系统介绍了模拟胃肠消化系统测定污染物对人体生物有效性的实验方法、主要控制条件、影响生物有效性的因素及其在健康风险评估研究中的应用. 同时对其在开展有机污染物的生物有效性及其代谢研究、Caco-2细胞在该类研究中的应用以及体外模拟方法的验证方面进行了展望.     

人体感应智能开关的设计方法

人体感应智能控制器用途广泛,具有节省电能、使用寿命长等优点.文章针对一种无论人体活动与否,都能准确地检测出人体信息并实施自动控制的智能控制器.阐述了该控制器的工作原理及系统软、硬件的设计方法.     

移动道路测量系统及其在科技奥运中的应用

多平台和多传感器集成技术对于快速获取空间数据是一种趋势. 本文介绍了基于多传感器集成技术的地面移动道路测量系统的工作原理和技术框架, 分析了移动道路测量进行空间信息服务的特点和优势, 提出了移动道路测量系统空间定位测量的解析模型、GPS/IMU组合导航模型、多传感器同步模型、多传感器协同检校和误差模型, 进一步给出了移动道路测量系统空间信息应用的技术流程, 提出了基于可量测实景影像的“真图”地理信息服务引擎, 并采用移动道路测量系统及“真图”引擎进行奥运场馆建设动态监测和奥运安保服务, 在此基础上对移动道路测量系统获取的可量测实景影像在科技奥运中的应用进行了讨论和分析, 对移动道路测量系统提供的可量测实景影像空间信息服务进行了总结和展望.     

单片机技术在传感器设计中的应用

文章主要论述了单片机技术在传感器设计中的应用以及对其发展的影响.重点指出传感器本身的稳定性应该放在研究工作的首位,单片机技术和传感器相结合,改善了传感器本身抗干扰能力和促进了传感器本身的智能化与标准化等.     

智能传感器在现代汽车电子中的应用

文章从汽车电子操控和安全系统谈起,论述了智能传感器在现代汽车电子中的应用.     

通道蛋白:生命的分子门禁

所有生物都是由细胞构成的,一个人体大约有100亿个细胞.不同的细胞,如肌细胞、肾细胞和神经细胞等构成了人体的各种复杂系统.     

正玉沟潜流积水工程截流墙设计

文章论述了单片机技术在传感器设计中的应用以及对其发展的影响,重点指出传感器本身的稳定性应该放在研究工作的首位,单片机技术和传感器相结合,改善了传感器本身抗干扰能力和促进了传感器本身的智能化与标准化等.     

可穿戴式柔性电子应变传感器

传统的电子应变传感器大多基于金属和半导体材料,其便携性、柔韧性和可穿戴特性差.随着柔性电子材料和传感技术的快速发展,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人等领域的应用引起人们越来越广泛的关注.由于生物相容性好,同时兼具可穿戴性、实时监测、非侵入式等一系列优点,高弹性和可拉伸性应变传感器的开发逐渐成为研究热点.本文综述了近年来可穿戴式柔性电子应变传感在材料发展、传感机理、集成输出及潜在应用等方面的研究进展,对可穿戴式柔性电子传感器所面临的挑战做了简单讨论,提出了一系列可能的优化及解决方案,并对其未来的发展方向进行了展望.     

表面增强光谱和表面等离激元共振传感器

表面等离激元光子学是研究光和金属表面自由电子耦合所引起金属表面电荷密度振荡的性质及其应用的一门学科. 金属中的自由电子在入射光的作用下产生集体振荡. 在垂直表面的方向上强度呈指数衰减, 使得亚波长金属结构中光场高度局域. 由于独特的光学性质, 使得其具有广泛的应用, 其中两个重要的分支为: 表面增强光谱和表面等离激元共振传感器. 表面增强光谱传感器是利用纳米结构的巨大表面增强效应来直接探测表面分子,表面等离激元共振传感器通过检测目标分子对等离激元共振峰的影响进行定性定量检测.这两种优势互补的传感器技术都可以达到单细胞甚至单分子的检测水平. 本文将论述表面等离激元光子学的原理、表面增强光谱和表面增强光谱传感器研究领域的国内外最新进展和发展趋势.     

阴阳互补策略用于双重响应驱动器的设计与制备

正在智能系统中,驱动器与传感器并列为重要的两类器件,各种各样的传感器负责感知外界信号,驱动器则可以根据周围环境变化发生形变,将各种环境能量(例如:光能、热能、化学能等)转换为机械能从而驱动相应的部件进行工作,是微机电系统(MEMS)、自适应光学、无人驾驶等应用前景中不可或缺的核心部件.在驱动器制备方面,普遍采取的方法是将多种具有不同物理/化学性质的材料组装成双层或多层结构.依靠不同材料对环境变化具有不同响应的特点,实现刺激响应驱动.通过这种方式,驱动器不需要耦合外部能量供给系统,可以直接从环境中获得能     

湿气发电机的研究进展、应用和展望

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式包括固态、液态和气态3种.为有效利用水资源,已制造出水力发电、潮汐能发电等使用液态水的大型设备.近年来,水分子与功能材料间的水伏效应掀起了对湿气发电的研究热潮.湿气发电机能够利用环境中的湿气能量产生电能,其过程主要包括电荷有效分离和载流子不对称运动.湿气发电机具有体积小、易制备、易集成等优点,能够从人体日常生理活动(如呼吸、出汗等)中收集能量并转化为电能,在便携式柔性电源和自供能传感器等领域具有巨大的应用潜力.本文总结了湿气发电机的基本原理、材料和结构设计方法及典型应用,并对湿气发电机的发展趋势进行了展望.     

甲烷传感器气敏材料的研究现状与进展

甲烷气体检测传感器在保障居民生活安全用气、天然气管道的安全运行以及煤矿安全生产等领域发挥着不可或缺的作用.基于气体分子吸附和解吸从而引起特定物理量相对变化的气敏传感技术,使得快速响应和低成本的甲烷检测传感器得以发展和应用,传感器的性能得到了很大的提高.本文详细介绍了气敏型甲烷传感器的分类及原理,并根据纳米敏感材料与甲烷气体分子之间作用的原理,综述了近年来包括金属氧化物及其复合材料、有机聚合物复合材料、超分子穴番-A、碳纳米管及其掺杂材料在内的关于甲烷气敏材料制备和气敏性能等方面的研究成果,并展望了基于气敏原理的甲烷传感器及其气敏材料未来的研究方向.     

51单片机系统的应用

自避障小车系统不仅可以作为高等学校的单片机教学教具,也可以应用在无人生产线、自动巡逻汽车电子等相关领域。该系统采用红外反射式传感器和51单片机系统作为控制核心并结合外部电路组成,当高于车身的障碍物置于小车前方时,小车能自动转向,躲避障碍物。