设计一种由锥形无芯光纤级联光纤布拉格光栅组成的温湿度传感器，并在锥区采用静电纺丝的方式制备一层聚乙烯醇/羧甲基纤维素的复合纳米纤维膜。湿度的变化可以改变纳米纤维膜的有效折射率和厚度，从而影响光纤中光的传输损耗，进而使输出光谱功率发生变化，温度的波动会引起光纤光栅中心波长的漂移，通过监测输出光谱波峰功率和中心波长的变化量即可实现温湿度传感。对所设计的传感器进行温湿度响应测试，传感器的相对湿度灵敏度为0.0198 dB/%，相对温度灵敏度为11.730 pm/℃。结果表明静电纺丝法是一种制备光纤传感器表面湿度敏感涂层的有效方法。

蜂窝状堆叠数字 PCR微阵列图像因其单元尺寸小、排列密集, 荧光信号弱、易受光照分布影响, 其样点定位困难。本文提出基于形态学的三通道蜂窝状荧光图像样点寻址算法及数字 PCR图像信息提取方法, 可快速、有效识别微阵列芯片生物分子微弱荧光信息。针对不同通道的图像进行配准融合, 使样点排布整齐;通过增强图像的对比度, 选取有效样点区域, 基于改进伽马算法去除光照分布不均效应;基于形态学算法识别紧密排列的样点, 对微阵列芯片图像进行单元分割定位, 提取每个样点的生物分子荧光信息。该方法处理一块约 20 000个微单元的数字 PCR芯片图像的耗时小于 20 s, 与现有定位方法相比, 处理相同数量样点的图片的耗时可减少 3个数量级;通过与标准仪器结果相比, 样点识别精度达到 98. 79%, 生物信息计算结果(拷贝数)准确度达到 96. 2%。本文提出基于形态学的三通道蜂窝状荧光图像样点寻址算法及数字 PCR图像信息提取方法克服了蜂窝状堆叠式微阵列荧光图像样点难以定位的问题, 与现有方法相比, 能够快速、准确地获取生物信息, 为数字 PCR技术的精准定量奠定了基础。

为了快速获取微孔式数字PCR芯片清晰的荧光图像, 解决传统方法针对微尺度阵列单元自动对焦存在的计算量大, 耗时长等问题, 建立了基于像素个数随离焦距离变化特征模型的自动对焦方法。依次取3个彼此间隔相同距离的微孔式数字PCR芯片的荧光图像, 通过自适应窗口选取与阈值计算, 统计窗口区域内大于阈值的像素个数, 代入特征函数计算离焦距离, 并通过统计出的3个位置的像素个数值判断离焦方向, 继而进行对焦。该方法仅需统计13×13个像素大小的对焦窗口中灰度大于阈值的像素个数, 且完成对焦仅需4步, 对焦结果完全满足后续计算的清晰度要求, 与传统爬山方法相比, 对焦步骤数平均减少了51.89%, 实现了微孔式数字PCR芯片的准确快速对焦。本文提出的自动对焦方法克服了现有算法计算量大、对焦步骤繁琐的缺点, 预测准确、速度快, 最大程度上减少样本曝光时间, 进而减少荧光的淬灭, 为后续计算提供更为原始且精确的图像。

针对数字PCR体系样品的分割方式, 开发了一款数字PCR体系样品分割芯片, 用于微量生物样品检测。利用微机电系统(MEMS)制备阵列化的硅基片, 采用硅片高效低损伤超精密磨削减薄工艺对硅基片进行减薄, 结合化学改性方法, 成功制备了表面疏水孔壁亲水的毛细管微阵列芯片。通过扫描电子显微镜 (SEM) 对芯片结构进行表征, SEM结果显示, 芯片结构为通孔微阵列。通过接触角表征芯片表面的疏水性, 对比化学处理前后芯片表面的接触角, 结果表明化学处理后芯片表面疏水, 接触角为118°。通过能谱(EDS)表征芯片孔壁的亲水性, 结果表明, 芯片孔壁只有Si, O两种元素, 形成亲水基团, 因此, 芯片孔壁亲水。通过测量显微镜和荧光显微镜表征芯片的样品分割性能, 结果表明芯片将样品分割为均一的独立单元。通过激光共聚焦扫描仪表征, 直观地反应了芯片的整体样品分割效果, 通过计算芯片的样品填孔率为93.8%。本文成功制备了表面疏水孔壁亲水的毛细管微阵列芯片, 该芯片具有优异的样品分割性能, 在生物医学领域具有广阔的应用前景。

采用氯化镉、氯化锌、硫脲、柠檬酸钠和氨水的溶液体系通过化学浴沉积法合成CdxZn1-xS薄膜, 利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、能谱仪和紫外可见近红外分光光度计等表征手段研究了CdxZn1-xS薄膜的形貌、相结构和光学性能, 测试了薄膜的光电流响应曲线并对薄膜的光电性能进行了分析.结果表明: 在pH值为10至13范围内成功制备了均匀的CdxZn1-xS薄膜; 随着pH值升高, 薄膜中Zn原子比例与光学带隙减小; 制备的薄膜均表现出明显的光电导现象.pH值为11和12时薄膜的表面最为平整致密, 结晶性最好, 光学带隙分别为2.92 eV和2.72 eV, 光暗电导比均为1.20, 光源关闭后电流下降过程最快, 10 s后电流分别下降了约68.55%和69.39%.

室温下用射频磁控溅射法在玻璃和p型单晶硅衬底上沉积ITO薄膜, 并对其进行不同温度的退火处理。采用XRD衍射仪测试薄膜结晶性, 用紫外-可见分光光度计和霍尔效应测试试样光电性能, 用吉时利2400表测试ITO/p-Si接触的I-V曲线, 用线性传输线模型测试比接触电阻。研究结果表明: 室温下沉积的ITO薄膜与p-Si形成欧姆接触, 但比接触电阻较大。退火处理可以进一步优化接触性能, 200℃退火后试样保持欧姆接触且比接触电阻下降为8.8×10-3Ω·cm2。随着退火温度进一步升高到300℃, 比接触电阻达到最低值2.8×10-3Ω·cm2, 但接触性能变为非线性。

为了研究CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅的光致发光特性, 选用电阻率为0.01~0.02Ω·cm的P型硅片, 先采用二步阳极氧化法制备自支撑多孔硅, 再利用电泳法将CdS纳米颗粒填充入该自支撑多孔硅中.采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射分析、光致发光谱分析对所制备样品的形貌、相结构、组份及发光性能进行研究.实验结果表明：自支撑多孔硅内部成功填充了CdS纳米颗粒, 该CdS纳米颗粒衍射峰为(210); CdS纳米颗粒填充的自支撑多孔硅光致发光峰峰位发生红移, 且从570 nm转移到740 nm; 电泳时间直接影响CdS纳米颗粒的填充量, 导致相关的发光峰强度及发光峰位明显不同.

采用化学浴沉积法将氯化镉、氯化铵、硫脲和氨水的溶液体系合成CdS薄膜,用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和紫外可见吸收光谱等研究了CdS薄膜的形貌、相结构和光学性能,通过测试薄膜的光电流响应曲线分析了薄膜的光电性能.结果表明:溶液的pH值在9~11的范围内均可以制备均匀致密的CdS薄膜,其中pH=10时制备的CdS薄膜最为均匀致密且其X射线衍射仪衍射峰强度最强,对应的光学带隙约为2.37 eV;光电流响应曲线显示该薄膜的光电导最高为2.94×10-2 Ω-1·cm-1,光暗电导比为38.23,具有最佳的光敏性.