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傳感新品
【河南大學(xué)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué):研發(fā)用于安全監(jiān)測的超高靈敏度纖維狀柔性溫度傳感器】
柔性傳感器能夠感知人體和環(huán)境的物理、化學(xué)和生物信息,在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。其中,柔性溫度傳感器尤為重要,因為它們能夠復(fù)制來自多種來源的熱感,包括人體、環(huán)境和電子設(shè)備,這對于活動監(jiān)測、環(huán)境感知和事故預(yù)警等應(yīng)用具有極大的潛力,并可有效用于電子皮膚,人機交互,以及災(zāi)害預(yù)防系統(tǒng)。然而,由于構(gòu)建具有高靈敏度的本征柔性監(jiān)測器件的過程較為復(fù)雜,柔性溫度傳感器的工作范圍和靈敏度仍有待進(jìn)一步提升。作為過渡金屬氧化物的一員,NiO因其高的電阻溫度系數(shù)(TCR)和卓越的溫度檢測性能而被認(rèn)為是理想的熱敏半導(dǎo)體。因此,設(shè)計制備高靈敏NiO基柔性材料和器件對于開發(fā)具有高變形能力和傳感性能的柔性溫度傳感器至關(guān)重要。
鑒于此,河南大學(xué)柔性電子學(xué)院和河南省柔性電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院黃維院士、張洪健副教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱紀(jì)欣教授利用一種簡便的原位合成/分解方法,制備出了作為溫度感應(yīng)組件的柔性纖維狀NiO/碳納米管纖維(CNTF)復(fù)合材料,并使用有限元分析系統(tǒng)地研究了NiO/CNTF柔性溫度傳感器在各種應(yīng)用條件下的機械和熱傳輸行為。此外,該工作還系統(tǒng)地研究了與人體相關(guān)熱信號的接觸和非接觸溫度傳感應(yīng)用。最后,基于傳感器構(gòu)建了溫度監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng),并應(yīng)用于儲能電池和智能手機的溫度監(jiān)測,以防止由電池?zé)崾Э鼗螂娮釉O(shè)備的異常充放電過程引起的火災(zāi)事故發(fā)生。
圖1. 材料合成策略、微觀結(jié)構(gòu)以及柔性溫度傳感器示意圖
采用原位合成/分解法,在CNTF表面均勻負(fù)載NiO納米片陣列,得到柔性NiO/CNTF纖維狀復(fù)合材料。以NiO/CNTF為溫度傳感單元,PET為柔性基材,Ag為電極,PDMS為封裝材料,成功制備了NiO/CNTF柔性溫度傳感器。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器的性能】
圖2. 柔性溫度傳感器的電學(xué)和溫度感應(yīng)特性
該研究工作中制備的柔性溫度傳感器具有可設(shè)計性強、尺寸多樣化的特點,能夠靈活應(yīng)用于多種便攜性穿戴和植入場景,并且展現(xiàn)出靈敏度高和工作溫域?qū)挼奶匦?。通過擬合相對于室溫的歸一化電阻,計算出柔性溫度傳感器在?15–25 °C和在25–60 °C溫度范圍內(nèi)的TCR分別為?9.1% °C?1和?2.1% °C?1,其中最大TCR可以達(dá)到?20.2% °C?1,在?15–60 °C的溫度范圍內(nèi)柔性溫度傳感器的熱敏電阻常數(shù)B值為 3332 K。此外,傳感器對高溫和低溫分別具有良好的開關(guān)響應(yīng)特性。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器的熱傳導(dǎo)特性】
圖3. 柔性溫度傳感器的有限元分析模擬
為了評估NiO/CNTF柔性溫度傳感器的機械和熱行為,采用有限元分析模擬對多物理場耦合下傳感器的結(jié)構(gòu)力學(xué)和熱傳導(dǎo)進(jìn)行了模擬。研究表明,該研究工作中制備的傳感器,溫度傳感元件位于電極區(qū)域,能夠有效避免形變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng),有利于提高傳感器的穩(wěn)定性和耐用性。此外,對不同熱源類型和不同傳輸途徑下系統(tǒng)的熱傳輸行為做了模擬和研究,并對比了固體-固體和環(huán)境-固體兩種模式處于高溫和低溫環(huán)境的熱傳導(dǎo)速率。此外,由于PDMS具有成分可調(diào)的優(yōu)點,高導(dǎo)熱添加劑可以與PDMS前驅(qū)體混合,增強封裝材料的導(dǎo)熱性能,提升溫度傳感響應(yīng)速度。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器在溫度監(jiān)測中的應(yīng)用】
圖4. 柔性溫度傳感器監(jiān)測人體熱信號
NiO/CNTF柔性溫度傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度、靈活性和可調(diào)尺寸,在具有溫度傳感功能的電子皮膚或人機交互設(shè)備中具有巨大的應(yīng)用潛力。NiO/CNTF柔性溫度傳感器能夠應(yīng)用于測量接觸式人體熱信號,如手指觸摸產(chǎn)生的溫度變化;還可以應(yīng)用于呼吸等人體熱信號的非接觸檢測,滿足不同生理狀態(tài)呼吸行為監(jiān)測等多種應(yīng)用場景需求,并驗證了其比商用NTC熱敏電阻具有更優(yōu)異的信號強度和響應(yīng)速度。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器在安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用】
圖5. 柔性溫度傳感器在溫度監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用
基于NiO/CNTF柔性溫度傳感器,研究者還開發(fā)了具有高低溫報警功能的溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。在溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)中,可以通過預(yù)先設(shè)定的高溫和低溫閾值,對監(jiān)測的正常、過冷和過熱溫度進(jìn)行警報指示。以鋰離子電池為例,NiO/CNTF柔性溫度傳感器可以貼附在電池表面實時監(jiān)測電池溫度。當(dāng)電池發(fā)生熱失控時,溫度監(jiān)測系統(tǒng)可以及時檢驗到電池過熱現(xiàn)象并報警。此外,傳感器還可以貼附在智能手機表面,對手機充電時的溫度變化進(jìn)行同步監(jiān)測,防止充放電過程溫度異常引起的電子設(shè)備損壞和火災(zāi)等風(fēng)險。
傳感動態(tài)
【專精特新“廣東造”|速騰聚創(chuàng):用技術(shù)實力“圈粉”全球智能車企】
廣東是全國汽車生產(chǎn)第一大省,也是消費第一大省。廣東有比亞迪這樣的龍頭企業(yè),也有一大批極具創(chuàng)造力、在細(xì)分領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的“隱形冠軍”,這些中小企業(yè)中的“領(lǐng)頭羊”,已經(jīng)成為推動汽車制造業(yè)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的重要力量。
2月18日,甲辰龍年首個工作日,廣東省高質(zhì)量發(fā)展大會在深圳召開,助力推動產(chǎn)業(yè)和科技互促雙強。高端制造業(yè)企業(yè)參會代表、速騰聚創(chuàng)科技有限公司副總裁魏根平接受南方新聞網(wǎng)記者專訪時表示,深圳的營商環(huán)境和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),以及自身的創(chuàng)新能力和技術(shù)實力,是企業(yè)快速成長為專精特新“小巨人”,引領(lǐng)激光雷達(dá)行業(yè)發(fā)展的重要原因。
以技術(shù)創(chuàng)新?lián)屨际袌?/strong>
激光雷達(dá)是機器人的眼睛,能為機器人感知世界提供超越人類眼睛的感知能力。報告稱,中國將成為全球載激光雷達(dá)解決案市場中最活躍、最重要的市場,到2030年約占全球市場的34.6%,2022年2030年的復(fù)合年增率為104.2%。
2014年,速騰聚創(chuàng)誕生于深圳南山,2022年,速騰聚創(chuàng)成為國家級專精特新“巨”一員,2023年,速騰聚創(chuàng)全年激光雷達(dá)交付量超25萬臺,創(chuàng)下了全球激光雷達(dá)銷量與市值雙紀(jì)錄?,F(xiàn)如今,中國銷量前10的車企中,有9家都用上了速騰聚創(chuàng)的激光雷達(dá)。
科創(chuàng)型中小企如何在短短10年內(nèi)快速成長?魏根平透露,敢想、敢創(chuàng)是他們的致勝法寶。“我們是全球業(yè)內(nèi)最早布局主芯技術(shù)、也是全球最早實現(xiàn)規(guī)級固態(tài)激光雷達(dá)量產(chǎn)的激光雷達(dá)公司。在載前裝領(lǐng)域,我們通過規(guī)激光雷達(dá)的前瞻戰(zhàn)略布局,讓激光雷達(dá)從萬元的精密儀器,變成可以規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)的汽產(chǎn)品,價格只需百美?!?/p>
企業(yè)的技術(shù)實力離不開科研投入與科研人才。魏根平表示,速騰聚創(chuàng)的研發(fā)投入占每年總營收超50%,公司超50%的人才都是研發(fā)人員,這兩個“50%”保障了企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)突破,讓企業(yè)在激光雷達(dá)領(lǐng)域擁有近1400項專利及專利申請?!凹夹g(shù)突破讓我們不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能,‘圈粉’無數(shù)智能車企,在市值、銷量、客戶數(shù)量方面拿下多個第一,從而支撐我們持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展?!?/p>
深圳創(chuàng)新底氣足
速騰聚創(chuàng)“于南,于南”。魏根平認(rèn)為,深圳的營商環(huán)境和產(chǎn)業(yè)資源,是企業(yè)敢于創(chuàng)新的底,這座城市能快速把有價值的想法產(chǎn)品化?!拔覀兊陌l(fā)展離不開深圳市政府和南山區(qū)政府的大力支持,他們不僅給企業(yè)找空間、找才、找資、找市場、找政策,還為‘巨’提供全命周期培育服務(wù)?!?/p>
他舉例,南是智能聯(lián)汽產(chǎn)業(yè)聚集程度最的區(qū)域之,粵港澳大灣區(qū)個動駕駛智能研究中、深圳動駕駛智能研究中也在這落地?!罢苤匾暽舷掠萎a(chǎn)業(yè)鏈重點企業(yè)的聯(lián)合,協(xié)助我們與南科、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等校及科研機構(gòu)達(dá)成了科研合作,促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的融合發(fā)展?!?/p>
在產(chǎn)業(yè)生態(tài)方面,魏根平表示,廣東擁有完整的汽車上下游供應(yīng)鏈,聚集了中國的主動駕駛技術(shù)企業(yè),為企業(yè)快速發(fā)展提供很好的養(yǎng)分。“我們很多零部件供應(yīng)商都實現(xiàn)了本土化,而小鵬、比亞迪、廣汽等下游企業(yè)客戶都在省內(nèi),方便我們非常高效地溝通交流,提供更好的服務(wù)。”
參加全省高質(zhì)量發(fā)展大會,魏根平很受鼓舞,他表示,有省委、省政府質(zhì)量發(fā)展的堅定向和政策持,他對未來發(fā)展很有信?!敖衲?,我們希望引領(lǐng)業(yè)共同實現(xiàn)百萬級的激光雷達(dá)交付,也希望加速拓展全球市場,打造全球化的企業(yè)架構(gòu)和才梯度?!?/p>
【總投資1.5億!蘇州清研微視立體視覺傳感器項目落戶安徽蕪湖】
2月1日,清研年產(chǎn)3萬臺立體視覺傳感器項目簽約落戶安徽蕪湖三山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。項目計劃總投資15000萬元,建設(shè)年產(chǎn)3萬臺立體視覺傳感器(產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新融合產(chǎn)品)。該項目的落地加強了三山經(jīng)開區(qū)與清華大學(xué)未來在汽車領(lǐng)域上的合作,為三山打造汽車生產(chǎn)基地,提供智力支持。
本項目投資方為蘇州清研微視電子科技有限公司,是清華大學(xué)蘇州汽車研究院重點孵化企業(yè),蘇州市獨角獸培育企業(yè),蘇州市“頭雁”企業(yè)。清華大學(xué)蘇州汽車研究院成立于2011年7月,是清華大學(xué)第一所面向特定行業(yè)的專業(yè)化派出機構(gòu),面向汽車應(yīng)用技術(shù)研發(fā)、高端產(chǎn)業(yè)服務(wù)和科技成果轉(zhuǎn)化。公司專注于人工智能產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,為客戶提供以“嵌入式系統(tǒng)+AI算法+云控平臺”為核心的立體視覺感知系統(tǒng)。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域,是商用車頭部企業(yè)供應(yīng)商。
雙目立體視覺產(chǎn)品已采用硬件描述語言在FPGA中實現(xiàn),融資完成后將完成流片工作(55nm工藝),成本將大幅減低(FPGA:800元;流片芯片:7元),乘用車市場將全面打開。立體視覺將是 L2+以上自動駕駛汽車的標(biāo)配功能,每年的市場規(guī)模200億元左右。
【一個月生產(chǎn)近6000高精度壓力傳感器芯片——走近中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院】
2月13日,大年初四。平時人來人往的中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院(以下簡稱“空天院”)中關(guān)村園區(qū),今天格外寧靜。在萬家團圓的新春佳節(jié),邢艷榮一大早就來到實驗室,忙起芯片加工工作。
邢艷榮是空天院高精度壓力傳感器團隊的實驗師。這個春節(jié)假期,她和同事們都必須“泡”在實驗室超凈間里,加班加點完成壓力傳感器芯片生產(chǎn)任務(wù)。
“春節(jié)前夕,我國中東部地區(qū)出現(xiàn)大范圍持續(xù)性雨雪冰凍天氣,各地氣象部門緊急采購便攜式自動氣象站、微智自動氣象站等。我們團隊需要加班值守,以確保氣象壓力傳感器芯片順利生產(chǎn)交付?!笨仗煸貉芯繂T、高精度壓力傳感器團隊負(fù)責(zé)人王軍波告訴科技日報記者。
一個月生產(chǎn)近6000枚芯片
穿上潔凈服、戴上防護帽和膠皮手套,在風(fēng)淋間“吹風(fēng)”除塵后,記者跟隨邢艷榮來到實驗室壓力傳感器芯片生產(chǎn)超凈間。
在這里,伴隨著各種高精密儀器發(fā)出的嗡鳴聲,邢艷榮和同事們開始在光刻機上作業(yè)。光刻是制造芯片的關(guān)鍵步驟,邢艷榮將硅晶圓放到機器的凹槽內(nèi),設(shè)備啟動后就會按照事先設(shè)計好的工藝參數(shù)進(jìn)行光刻。
光刻的結(jié)果并不會第一時間顯現(xiàn),要檢驗光刻的成效,還有一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)——顯影?!斑@就是顯影液,就像以前洗照片一樣。格子里面是眼睛能看到的彩紋,這個彩紋沒有了,顯影也就結(jié)束了?!毙掀G榮邊操作邊給記者講解。
邢艷榮是兩個孩子的媽媽,老大讀初三,正值中考關(guān)鍵期。對于春節(jié)加班,她沒有任何抱怨。
“不光是我,我的同事們也很辛苦。比如,住在燕郊的同事晚上都回不了家,因為趕不上最晚的大巴,只能在辦公室休息一下?!毙掀G榮說,“大家都想盡快完成壓力傳感器芯片生產(chǎn)任務(wù),確保訂單能夠按時交付?!?/p>
從晶圓到最終的芯片成片,要經(jīng)過清洗、光刻、顯影、刻蝕等多個步驟。邢艷榮和同事們一個星期要加工8—10片晶圓,一個月要生產(chǎn)近6000枚高精度壓力傳感器芯片。
壓力傳感器是一種能夠測量壓力大小并將其轉(zhuǎn)換成可測電信號的器件或裝置。高精度壓力傳感器是航空航天、工業(yè)控制高端裝備的核心器件。
“芯片是壓力傳感器的核心,芯片的加工水平是壓力傳感器高精度的重要保障。壓力傳感器的精度決定了工業(yè)測控的精度,比如在氣象領(lǐng)域,高精度壓力傳感器可以更為準(zhǔn)確地預(yù)測天氣的變化。”空天院研究員、高精度壓力傳感器團隊技術(shù)負(fù)責(zé)人陳德勇說。
為國家需求義不容辭
以前,我國的高精度壓力傳感器幾乎全部依靠進(jìn)口??仗煸焊呔葔毫鞲衅鲌F隊用了數(shù)十年的時間,不僅實現(xiàn)了核心部件的國產(chǎn)化,沖破了層層技術(shù)壁壘,還將壓力傳感器的精度提高到了萬分之一。
“這意味著,如果一架飛機在萬米高空中飛行,萬分之一精度的壓力傳感器誤差僅在1米以內(nèi)?!蓖踯姴ㄕf,萬分之一精度的壓力傳感器是壓力傳感器皇冠上的明珠,是我國必須牢牢掌握在自己手中的關(guān)鍵核心技術(shù)。
“壓力傳感器本身是受溫度影響的,溫度快速變化的時候,傳感器不一定能跟得上溫度的變化。我們現(xiàn)在做的傳感器用了兩個諧振器,這兩個諧振器放的位置很近,對溫度變化的反應(yīng)是幾乎一致的。我們通過這種差分的方法,可以大大減少溫度跟隨誤差。在這一點上,國外是沒有的。”陳德勇對自己設(shè)計的產(chǎn)品充滿自信。
作為團隊技術(shù)負(fù)責(zé)人,陳德勇已經(jīng)在壓力傳感器領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)近30年,先后研制出三大類不同工作機理的十余種傳感器產(chǎn)品,并解決了應(yīng)用過程中出現(xiàn)的一系列工程化問題和批量化制造難題。
“放假這些天,我一直都在值班,因為生產(chǎn)線不能停,要保證生產(chǎn)設(shè)備正常工作。我每天都來巡檢,看看水、電、氣是不是正常工作?!蓖踯姴ㄕJ(rèn)為,犧牲假期為滿足國家需求而工作義不容辭。
“我覺得國家需要,就是對我們這些科研人員最大的認(rèn)可。”王軍波希望,他們的產(chǎn)品能夠更好地保障國家需求,從而為實現(xiàn)高水平科技自立自強貢獻(xiàn)自己的力量。
【2024 年上海市重大工程清單公布:中芯國際、華為、特斯拉儲能超級工廠等在列】
2 月 19 日消息,據(jù)上海市發(fā)展和改革委員會官方公眾號“上海發(fā)展改革”消息,2024 年上海市重大工程清單正式公布,計劃安排正式項目 191 項,其中科技產(chǎn)業(yè)類 76 項,社會民生類 23 項,生態(tài)文明建設(shè)類 16 項,城市基礎(chǔ)設(shè)施類 67 項,城鄉(xiāng)融合與鄉(xiāng)村振興類 9 項;另計劃安排預(yù)備項目 26 項。
從大家關(guān)注的科技產(chǎn)業(yè)類(76 項)來看:
計劃建成 14 項:高效低碳燃?xì)廨啓C試驗裝置國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、鼎泰半導(dǎo)體 12 英寸自動化晶圓制造中心項目、盛美半導(dǎo)體設(shè)備研發(fā)與制造中心、華為上海研發(fā)基地(青浦)、中交集團上??偛炕?。
計劃新開工 4 項:中科院在滬“十四五”科教基礎(chǔ)設(shè)施項目、儀電智算中心(松江)、中國船舶集團總部上??蒲谢?、普洛斯桃浦智慧冷鏈產(chǎn)業(yè)園。
在建項目 58 項:中芯國際 12 英寸芯片項目、中芯國際臨港 12 英寸晶圓代工生產(chǎn)線項目、上海硬 X 射線自由電子激光裝置項目、國家海底長期科學(xué)觀測系統(tǒng)、中航商用航空發(fā)動機公司產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)項目、西岸傳媒港、西岸智慧谷、大型綠色數(shù)據(jù)中心等。
預(yù)備項目(26 項)中,出現(xiàn)了特斯拉儲能超級工廠、軌道交通 20 號線一期東段及東延伸等。
預(yù)備項目是指項目現(xiàn)階段手續(xù)尚未齊全,待齊全后近期準(zhǔn)備實施的項目。
【40張動圖!傳感器工作原理圖匯總】
應(yīng)變加速度感應(yīng)器(陀螺儀)▼
電容式壓力傳感器▼
差壓式液位計a▼
差壓式液位計b▼
差壓式液位計c▼
電容液位計原理圖布料張力測量及控制原理▼
直滑式電位器控制氣缸活塞行程▼
壓阻式傳感器測量液位的工作原理▼
MQN型氣敏電阻結(jié)構(gòu)及測量電路▼
氣泡式水平儀的工作原理▼
擴散硅式壓力傳感器▼
稱重式料位計
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電子皮帶秤重示意圖▼
電子吊車秤▼
荷重傳感器用于測量汽車衡的原理▼
荷重傳感器的應(yīng)用▼
TiO2氧濃度傳感器結(jié)構(gòu)及測量電路▼
電位器式傳感器▼
陶瓷濕度傳感器▼
多孔性氧化鋁濕敏電容原理▼
基本變間隙型電容傳感器和差動變間隙型電容傳感器的工作原理▼
變面積型電容傳感器工作原理▼
利用接近開關(guān)進(jìn)行物體位檢測的原理▼
光柱顯示編碼式液位計原理▼
電容液位計原理圖
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電容測厚儀▼
電容加速度傳感器▼
電容式油量表原理▼
頻率差法測量流量的原理▼
空氣傳導(dǎo)型超聲波發(fā)生、接收器的結(jié)構(gòu)▼
超聲波應(yīng)用的兩種類型▼
超聲波探頭的結(jié)構(gòu)▼
超聲波流量計的原理▼
超聲波測厚的原理▼
超聲波測量密度原理▼
超聲波測量液位原理▼
超聲防盜報警器▼
縱波探傷▼
橫波探傷▼
表面波探傷▼
審核編輯 黃宇
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