基于巨压阻效应的高灵敏SiC纳米带压力传感器基础研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51702175
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0206.功能陶瓷
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The sensors are the “facial features” of human beenings to know about and change the natural world, which have been considered as one of the key technologies for the modernization. However, with the continuously enhanced service requirements, the sensors with high sensitivity and high stability are highly desired. These become the grand chanllege for the exploration of the next-generation sensors. In the present work, we intend to make use the unique advantage of SiC materials with the insitrinc high temperature stability and the perfect single-crystalline crystal structures of nanobelts, for the exploration of novel and efficient high-sensitivity pressure sensors. We will firstly realize the precise control on the growth and doping of single-crystalline SiC nanobelts via pyrolysis of polymeric precursors. Then, the research will be carried out to investigate the effects of sizes and doping of the SiC nanobelts on their giant piezoresistance behaviors, which leads to disclosing the relationship among the structures, doping and piezoresistance properties of the single-crystal SiC in nanoscale. Subsequently, we will systematically study the influences of the size effect, surface effect and energy band regulation of SiC nanobelts on their piezoresistance properties, and clarify the transportation behaviors of the carriers and piezoresistance effect mechanisms of the pressure sensors based on SiC nanobelts. Current work might have the profound scientific significance for the exploration of the high sensitivity and robust stability SiC high-temperature pressure sensors based on giant piezoresistive effect.
传感器是人类认识和改造世界的“五官”,是衡量现代化进程的关键技术之一。随着服役需求的不断提高,对高灵敏高稳定的传感器需求日益迫切,成为当前研发的主要困难和挑战。本项目拟利用SiC材料体系独特的高温稳定性及其单晶纳米带结构,以高灵敏压力传感器研发为导向,以有机前驱体热解为材料制备手段,实现SiC单晶纳米带生长与掺杂的精细控制,揭示其结构-掺杂-压阻特性间的内在关联,实现其巨压阻效应并进行优化,大幅度提高其灵敏度。相关工作将系统评价尺寸效应、表面效应和能带调控对SiC纳米带压阻特性的影响,阐明其载流子输运特性及其压阻机理,有望实现基于巨压阻效应的高灵敏高稳定SiC高温压力传感器的研发,具有显著的科学意义和潜在的应用价值。

结项摘要

压力传感器在微电子机械系统器件中具有广泛的应用前景。本项目以获得高灵敏高稳定SiC压力传感器研发为目标,首先通过有机前驱体热解工艺的精细控制,实现SiC纳米结构的的精细设计,然后研究SiC纳米结构的形貌、掺杂类型和异质结构等与其压阻特性之间的相互关系并进行优化,建立纳米尺度下3C-SiC结构-掺杂-压阻特性间的内在关联,阐明SiC纳米结构载流子输运特性及其压阻机理,最终为SiC高灵敏压力传感器的研发提供关键支撑数据。通过有机前驱体热解工艺的系统探索和优化,实现了SiC纳米结构在形貌、掺杂类型及其掺杂浓度的可控制备,以此为基础,研究了N掺杂3C-SiC纳米带的压阻特性,其压阻系数为10.2910-11 Pa-1,压阻因子为~61.7,高于传统的SiC块体材料和薄膜材料,能够实现nN级别力变化的高灵敏探测;研究了N和P共掺杂3C-SiC单晶纳米线的压阻特性,实验结果表明,双掺杂SiC单晶纳米线压阻系数高达-146.3010-11 Pa-1,压阻因子为~ -877.79,显著提高nN级别力变化的探测灵敏度;研究了B掺杂3C-SiC纳米带的压阻特性,其展现出独特的负压阻特性,压阻系数高达-312.5110-11 Pa-1,压阻因子为~ -1875.1,性能远超已报道的SiC基纳米结构,对应力变化探测的灵敏度得到了进一步的提高;研究了光辐射和掺杂对SiC纳米线压阻特性的协同影响,选择N掺杂的SiC纳米线为功能单元,在功率为62.4 mW的紫外光辐照下,N掺杂的SiC纳米线的压阻系数提高至11.7910-11 Pa-1,明显高于暗场时的4.3210-11Pa-1,光场耦合有效提高SiC纳米传感器的灵敏度;研究了压电效应和掺杂对SiC纳米结构压阻特性的协同影响,构建ZnO/SiC纳米异质结为测试功能单元,ZnO纳米层厚度为20 nm时,可将N掺杂的SiC纳米线的压阻系数由6.6910-11 Pa-1提高至9.4710-11 Pa-1,压电效应耦合为高灵敏SiC纳米传感器的研究提供了新的研究思路。.项目相关工作在国际期刊上共发表SCI论文9篇,影响因子皆大于3;申请国家发明专利8项,授权8项,圆满完成本项目拟定的研究内容和目标 (拟定的目标:预计在国外学术期刊上发表SCI收录论文8篇,其中影响因子大于3 的5 篇以上,申请国家发明专利2项以上)。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
Large-scale fabrication of free-standing and transparent SiC nanohole array with tailored structures
大规模制造具有定制结构的独立透明碳化硅纳米孔阵列
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2017.12.196
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhao Lianfu;Chen Shanliang;Wang Lin;Gao Fengmei;Yao Xiaohong;Yang Weiyou
  • 通讯作者:
    Yang Weiyou
Enhanced Piezoresistive Performance of 3C-SiC Nanowires by Coupling Ultraviolet Illumination
通过耦合紫外照明增强 3C-SiC 纳米线的压阻性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    J. Mater. Chem. C
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaoxiao Li;Fengmei Gao;Lin Wang;Lan Jiang;Shanliang Chen;Weiyou Yang
  • 通讯作者:
    Weiyou Yang
Single-crystal N-doped SiC Nanochannel Array Photoanode for Efficient Photoelectrochemical Water Splitting
用于高效光电化学水分解的单晶氮掺杂碳化硅纳米通道阵列光电阳极
  • DOI:
    10.1039/c9tc00061e
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Shanliang Chen;Lianfu Zhao;Lin Wang;Fengmei Gao;Weiyou Yang
  • 通讯作者:
    Weiyou Yang
The N and P co-doping-induced giant negative piezoresistance behaviors of SiC nanowires
N、P共掺杂引起的SiC纳米线巨负压阻行为
  • DOI:
    10.1039/c8tc06623j
  • 发表时间:
    2019-03-21
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Cheng, Xin;Wang, Lin;Chen, Shanliang
  • 通讯作者:
    Chen, Shanliang
Enhanced Piezoresistive Behavior of SiC Nanowire by Coupling with Piezoelectric Effect
通过压电效应耦合增强 SiC 纳米线的压阻行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Appl. Mater. Inter.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jie Wu;Fengmei Gao;Gang Shao;Zhentao Du;Weiyou Yang;Lin Wang;Zhenxia Wang;Shanliang Chen
  • 通讯作者:
    Shanliang Chen

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其他文献

低信噪比下基于Chirp信号的频率特性测试方法
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1000-1158.2014.03.16
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计量学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏列江;李旭方;王霖;董万玉;孟犁
  • 通讯作者:
    孟犁
紫外激光和压力共同作用下C_(60)-peapod的聚合相变研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚明光;王鹏;刘益春;于世丹;B.Sundqvist;王霖;邹广田;邹永刚;刘冰冰;王国瑞;崔田;侯元元
  • 通讯作者:
    侯元元
以Er/Ni为催化剂合成碳纳米管及其生长机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    吉林大学学报(理学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王霖;董凤霞;王鹏;于世丹;姚明光;邹永刚;邹广田;周秀清;刘冰冰
  • 通讯作者:
    刘冰冰
艾滋病相关DLBCL中EB病毒的感染情况分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    大理大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高波;孙晶晶;段月勋;邓刚;杨倩;王霖;潘云
  • 通讯作者:
    潘云
双频外差结合相位编码的相位解包裹方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    红外与激光工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩旭;王霖;伏燕军
  • 通讯作者:
    伏燕军

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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