国家天然科学基金机械工程学科2022年度优异结题项目(一)

来源:ky体育登录官网    发布时间:2024-04-03 21:45:32

  非触摸式传感技能因克服了传统触摸传感技能固有缺点,成为近年来传感技能一大热门,但其结构较为杂乱、易受搅扰且稳定性差,严峻限制了其加快速度进行开展。师法天然,天然界中的蝴蝶翅膀能够经过其外表超精密光呼应结构完成对多种物理量改变的快速、精准和非触摸光谱呼应,具有简略、高精度和抗搅扰性。因而,本项目从仿生学的方面动身,以Morpho didius蝴蝶为首要研讨目标,提醒了其对外部单一和多重影响的光呼应特性的多要素协同效果机制,提出了根据蝴蝶鳞片光呼应特性的新式仿生非触摸光敏检测元件的规划准则和办法,制作了一种具有相似“三明治”结构的超薄蝶翅仿气愤体灵敏功用外表,此外,还研发了具有自供能、防雾、自洁和减反多功用集成的仿生非触摸传感器材。本研讨为开发具有非触摸快速和高精度检测功用的新式仿生非触摸光敏传感器研讨奠定理论和技能根底,对新式非触摸光敏传感技能的根底研讨和推行应用具有极端重大意义。

  (1)发现了典型蝴蝶鳞片在单物理场和多物理场条件下具有高灵敏度、高选择性和快速呼应的特性(图1),完成了蝴蝶鳞片微观描摹表征,建立了其光学呼应特征结构可视化模型,提醒了蝶翅鳞光呼应外表对多物理量改变的光学传感特性机理与多要素效果机制,为仿生非触摸传感器材规划和制作供给了理论依据。

  (2)搭建了气敏性测验设备,测验了仿气愤敏外表对氮气、甲醇、乙醇、丙酮、、甲苯和二甲苯的气体呼应特性;建立了根据“三明治”结构的机理模型,发现了仿生结构中填充气体折射率的不同导致了反射光谱中特征反射峰的明显改变,以此来完成对不同气体的差异性呼应(图2),成功构建出生物优异感知功用与其共同生物结构之间的“映射”联络。

  (3)制作了仿蝴蝶鳞片外表光呼应结构多变量非触摸光学传感元件样品,对样品光呼应结构特征参数及其光学特性进行了测验剖析(图3),对实验计划进行了差错剖析、参数批改、工艺优化,终究完成最优规划,该研讨从仿生学的视点将可能拓荒能够直接比色读取的高精度抗搅扰的新式仿生非触摸光敏传感器规划研讨的新方向。

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