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傳感新品
【河南大學與中國科學技術大學: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、化學和生物信息,在學術界和工業(yè)界引起了廣泛的關注。其中,柔性溫度傳感器尤為重要,因為它們能夠復制來自多種來源的熱感,包括人體、環(huán)境和電子設備,這對于活動監(jiān)測、環(huán)境感知和事故預警等應用具有極大的潛力,并可有效用于電子皮膚,人機交互,以及災害預防系統(tǒng)。然而,由于構建具有高靈敏度的本征柔性監(jiān)測器件的過程較為復雜,柔性溫度傳感器的工作范圍和靈敏度仍有待進一步提升。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為是理想的熱敏半導體。因此,設計制備高靈敏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重要。
鑒于此,河南大學柔性電子學院和河南省柔性電子產(chǎn)業(yè)技術研究院黃維院士、張洪健副教授和中國科學技術大學朱紀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組件的柔性纖維狀NiO/碳納米管纖維(CNTF)復合材料,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熱信號的接觸和非接觸溫度傳感應用。最后,基于傳感器構建了溫度監(jiān)控和預警系統(tǒng),并應用于儲能電池和智能手機的溫度監(jiān)測,以防止由電池熱失控或電子設備的異常充放電過程引起的火災事故發(fā)生。
圖1. 材料合成策略、微觀結構以及柔性溫度傳感器示意圖
采用原位合成/分解法,在CNTF表面均勻負載NiO納米片陣列,得到柔性NiO/CNTF纖維狀復合材料。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和溫度感應特性
該研究工作中制備的柔性溫度傳感器具有可設計性強、尺寸多樣化的特點,能夠靈活應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寬的特性。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溫度范圍內的TCR分別為?9.1% °C?1和?2.1% °C?1,其中最大TCR可以達到?20.2% °C?1,在?15–60 °C的溫度范圍內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響應特性。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器的熱傳導特性】
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構力學和熱傳導進行了模擬。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)生的應力集中效應,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)境的熱傳導速率。此外,由于PDMS具有成分可調的優(yōu)點,高導熱添加劑可以與PDMS前驅體混合,增強封裝材料的導熱性能,提升溫度傳感響應速度。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器在溫度監(jiān)測中的應用】
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、靈活性和可調尺寸,在具有溫度傳感功能的電子皮膚或人機交互設備中具有巨大的應用潛力。NiO/CNTF柔性溫度傳感器能夠應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速度。
【NiO/CNTF柔性溫度傳感器在安全監(jiān)測系統(tǒng)中的應用】
圖5. 柔性溫度傳感器在溫度監(jiān)測和預警系統(tǒng)中的應用
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)測預警系統(tǒng)。在溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)中,可以通過預先設定的高溫和低溫閾值,對監(jiān)測的正常、過冷和過熱溫度進行警報指示。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行同步監(jiān)測,防止充放電過程溫度異常引起的電子設備損壞和火災等風險。
傳感動態(tài)
【專精特新“廣東造”|速騰聚創(chuàng):用技術實力“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、在細分領域呼風喚雨的“隱形冠軍”,這些中小企業(yè)中的“領頭羊”,已經(jīng)成為推動汽車制造業(yè)持續(xù)高質量發(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,以及自身的創(chuàng)新能力和技術實力,是企業(yè)快速成長為專精特新“小巨人”,引領激光雷達行業(yè)發(fā)展的重要原因。
以技術創(chuàng)新?lián)屨际袌?/strong>
激光雷達是機器人的眼睛,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)全年激光雷達交付量超25萬臺,創(chuàng)下了全球激光雷達銷量與市值雙紀錄?,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。
科創(chuàng)型中小企如何在短短10年內快速成長?魏根平透露,敢想、敢創(chuàng)是他們的致勝法寶?!拔覀兪侨驑I(yè)內最早布局主芯技術、也是全球最早實現(xiàn)規(guī)級固態(tài)激光雷達量產(chǎn)的激光雷達公司。在載前裝領域,我們通過規(guī)激光雷達的前瞻戰(zhàn)略布局,讓激光雷達從萬元的精密儀器,變成可以規(guī)模量產(chǎn)應的汽產(chǎn)品,價格只需百美?!?/p>
企業(yè)的技術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)品的技術突破,讓企業(yè)在激光雷達領域擁有近1400項專利及專利申請。“技術突破讓我們不斷優(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。“我們的發(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?!?/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、中國科學院深圳先進技術研究院等校及科研機構達成了科研合作,促進產(chǎn)學研的融合發(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鏈,聚集了中國的主動駕駛技術企業(yè),為企業(yè)快速發(fā)展提供很好的養(yǎng)分?!拔覀兒芏嗔悴考潭紝崿F(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,方便我們非常高效地溝通交流,提供更好的服務。”
參加全省高質量發(fā)展大會,魏根平很受鼓舞,他表示,有省委、省政府質量發(fā)展的堅定向和政策持,他對未來發(fā)展很有信?!敖衲?,我們希望引領業(yè)共同實現(xiàn)百萬級的激光雷達交付,也希望加速拓展全球市場,打造全球化的企業(yè)架構和才梯度?!?/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)與清華大學未來在汽車領域上的合作,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)。清華大學蘇州汽車研究院成立于2011年7月,是清華大學第一所面向特定行業(yè)的專業(yè)化派出機構,面向汽車應用技術研發(fā)、高端產(chǎn)業(yè)服務和科技成果轉化。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)汽車領域,是商用車頭部企業(yè)供應商。
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院空天信息創(chuàng)新研究院(以下簡稱“空天院”)中關村園區(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。
“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責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,在風淋間“吹風”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鍵步驟,邢艷榮將硅晶圓放到機器的凹槽內,設備啟動后就會按照事先設計好的工藝參數(shù)進行光刻。
光刻的結果并不會第一時間顯現(xiàn),要檢驗光刻的成效,還有一個關鍵環(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,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,比如在氣象領域,高精度壓力傳感器可以更為準確地預測天氣的變化?!笨仗煸貉芯繂T、高精度壓力傳感器團隊技術負責人陳德勇說。
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口。空天院高精度壓力傳感器團隊用了數(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?!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鍵核心技術。
“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?!标惖掠聦ψ约涸O計的產(chǎn)品充滿自信。
作為團隊技術負責人,陳德勇已經(jīng)在壓力傳感器領域持續(xù)攻關近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可?!蓖踯姴ㄏM麄兊漠a(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)文明建設類 16 項,城市基礎設施類 67 項,城鄉(xiāng)融合與鄉(xiāng)村振興類 9 項;另計劃安排預備項目 26 項。
從大家關注的科技產(chǎn)業(yè)類(76 項)來看:
計劃建成 14 項:高效低碳燃氣輪機試驗裝置國家重大科技基礎設施、鼎泰半導體 12 英寸自動化晶圓制造中心項目、盛美半導體設備研發(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”科教基礎設施項目、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)基地建設項目、西岸傳媒港、西岸智慧谷、大型綠色數(shù)據(jù)中心等。
預備項目(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,待齊全后近期準備實施的項目。
【40張動圖!傳感器工作原理圖匯總】
應變加速度感應器(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型氣敏電阻結構及測量電路▼
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▼
荷重傳感器的應用▼
TiO2氧濃度傳感器結構及測量電路▼
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▼
利用接近開關進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▼
空氣傳導型超聲波發(fā)生、接收器的結構▼
超聲波應用的兩種類型▼
超聲波探頭的結構▼
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▼
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