压水堆型核电机组的冷却剂泵振动状态监测是核电站检修的重要内容之一。该文针对我国某核电站冷却剂泵振动状态监测中对耐高温抗强辐射的加速度传感的需求, 开展了压电加速度传感器在极限环境下的工作特性研究。实验结果表明, 传感器的工作温度可达-55~480 ℃, 抗辐照强度可达1×106 Gy。通过振动台架实验验证了传感器的工作状态, 结果表明传感器的输出振动信号与5g(g≈9.8 m/s2）、10g的标准振动信号输出结果一致; 提出了满足核电现场应用要求的振动监测方案, 并在我国某核电站冷却剂泵上进行了实际应用, 实验结果满足核电站使用需求, 为未来的批量应用奠定了技术基础。

针对公共安全领域对甲基膦酸二甲酯(DMMP)等神经性毒剂模拟剂的高灵敏度检测的需求, 该文提出了一种基于纳米修饰导电高分子电化学阻抗型气体传感方法, 通过开展改性修饰导电高分子聚合物材料和平面叉指微电极研究, 制备了电化学阻抗型气体传感器, 并设计了传感器阵列化结构和报警器总体架构;研制出电化学阻抗型气体报警器, 并开展了性能测试。实验结果表明, 该电化学阻抗型气体报警器可对质量浓度低至1 μg/L的DMMP进行有效检测, 响应时间低至52 s。

基于射频识别(RFID)的无线无源气体传感器通过敏感材料对RFID天线进行调制,从而实现气体敏感, 但其存在只能定距离检测, 检测距离短, 实用性差等问题。该文提出了一种具有阻抗型负载接入、驱动和检测功能的新型RFID芯片, 研制出一种基于新型RFID芯片的无线无源气体传感器, 实现了对含磷有毒有害气体的无线无源检测, 检测下限可达5×10-6, 检测距离可达1.6 m。结果表明, 传感器检测精度不受距离变化的影响, 从而展现出较好的应用前景。

基于CO2红外气体传感器微型化、智能化、低功耗的发展要求,创新性地提出一种中心温度为407℃的CO2检测用微电子机械系统(MEMS)红外光源芯片。采用X型悬空桥式微热板结构,内部发热区域以环形走线的钨(W)电极为加热丝,以SiO2和Si3N4双层薄膜作为机械支撑保护层,可防止钨电阻丝氧化并提高寿命。电热耦合有限元仿真分析显示,该光源芯片具有发热区温度分布均匀、热响应时间短、功耗低的优点。采用10.16cm(4inch)MEMS工艺完成了芯片的流片制造。测试结果表明,该光源芯片在24ms内即可快速升温至工作温度407℃,功耗低至46mW,工作电压为2.85V,工作电流为16.2mA,具有热响应时间快、功耗低、集成度高的特点。

基于产线工艺制备了纳米绒面多晶硅太阳电池, 并表征其光电转换性能。研究结果表明: 相对传统微米绒坑, 纳米绒面能够提升多晶硅太阳电池的短路电流, 相应的光电转换效率绝对值提升大于0.4%, 产线均值光电转换效率超过了19.1%。结合漫反射光谱和外量子效率测试结果, 改进的光电转换的原因归结为纳米绒面能够有效地诱捕短波和长波太阳光子, 增强短波和长波太阳光响应。本研究证实纳米绒面多晶硅太阳电池可利用产线工艺制备且具有较高的光电转换效率, 能够实现产业化。

为了有效研究液晶环境对金属纳米结构表面等离子体的调制作用, 基于时域有限差分方法, 对液晶环境下金纳米柱结构进行了建模, 上下边界采用完全吸收边界条件, 四周为周期边界条件.数值模拟了液晶厚度、倾角、光栅距离以及周期结构等参数对金纳米柱的消光特性的调制作用.分析结果表明：随着液晶光轴角度增加, 谐振波长出现红移现象, 且调制范围为40nm; 光栅距离越大, 金纳米柱之间的相互作用越弱, 谐振波长越小; 增加周期长度, 谐振波长红移, 且随着周期长度增加, 次峰作用越明显.利用液晶光学性质可调节金属纳米结构的表面等离子体特性, 结果对液晶环境中表面等离子体结构在新的光子器件等方面的研究提供了理论依据.

利用格林函数推导出金属纳米结构电子能量损失谱的计算公式，基于时域有限差分方法对几种典型的结构进行建模仿真，数值模拟运动电荷和结构的距离、液晶环境材料对电子能量损失谱的调节作用.仿真结果表明: 当增加电子与纳米结构的距离时，电子能量损失谱谱峰降低; 当添加液晶材料或各向同性衬底材料时，电子能量损失谱的峰值发生明显红移，但液晶的光轴倾角改变对峰值的调制作用有限.通过计算电子能量损失谱研究金属纳米结构表面等离子激元共振特性，为高度复杂的等离子体激元纳米结构的设计提供了理论基础.

研究了快速、精确制造金属模具的方法, 提出利用激光选区烧结(SLS)技术来快速制造高精度陶瓷型精密铸造用母模。首先, 采用正交试验法研究了激光选区烧结工艺参数对制件精度的影响, 确定了最佳激光烧结工艺。在此基础上利用浸水起模法替代传统的起模喷烧工艺对陶瓷型精密铸造工艺进行改进。结果表明, 选定激光烧结工艺参数为激光功率25 W, 扫描速度2.0 m/s, 扫描间距0.19 mm, 分层厚度0.25 mm时, 试样尺寸收缩率最低可达2%。采用陶瓷型浸水起模法起模容易, 起模后陶瓷型表面光洁, 在200 ℃焙烧温度下抗弯强度较高, 为0.361 MPa。这些结果表明, 利用SLS技术能够快速、准确地制造出陶瓷型精密铸造所需母模。

研究了粘红酵母对水溶液中铀的吸附行为, 发现其吸附铀的最佳pH值为6～7, 最大吸附量为149.4 mgU·g-1, 其吸附等温线和Langmuir吸附等温方程符合较好, 相关系数R2达到0.99; 比较吸附铀前后粘红酵母的红外光谱图发现, 吸附过铀的菌体的红外光谱在904 cm-1处出现了一个新的峰, 此峰为UO2的伸缩振动峰, 说明粘红酵母确实对铀发生了吸附作用。 此外, 氨基或羟基的伸缩振动峰由3 309移至3 287 cm-1, 细胞壁中碳水化合物或醇中C—O键伸缩振动发生位移, 由1 068移至1 080cm-1, 说明这些基团可能参与了吸附过程; 蛋白质的特征吸收峰(1 653, 1 540, 1 237cm-1)在吸附前后基本无明显变化, 表明粘红酵母的主要成分及结构仍保持完整。 吸附后的菌体利用0.1 mol·L-1的NaHCO3处理后可解吸出其中96%的铀, 可见该菌在铀矿废水处理方面具有广阔的应用前景。