碳纳米管质量传感器振动特性研究
利用振动研究单壁碳纳米管力学性能
第26卷第12期高分子材料科学与工程Vol.26,N o.122010年12月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGDec.2010利用振动研究单壁碳纳米管力学性能张 华,赵稳军,刘同平(重庆大学资源及环境科学学院,重庆400030)摘要:单壁碳纳米管的力学性能是碳纳米管增强复合材料和碳纳米管器械的基本问题之一。
文中根据分子结构力学方法建立单壁碳纳米管的有限元模型,通过振动频率计算单壁碳纳米管的弹性模量和剪切模量。
详细讨论了用不同阶数弯曲振动固有频率和扭转振动固有频率求得的弹性模量和剪切模量结果的准确性,并分析了单壁碳纳米管的直径对弹性模量及剪切模量的影响。
关键词:单壁碳纳米管;振动;弹性模量;剪切模量中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1000 7555(2010)12 0156 04收稿日期:2010 05 26通讯联系人:张 华,主要从事计算力学研究,E mail:zhanghua@1991年日本NEC 公司的Iijima [1]使用电弧法意外地发现了碳纳米管(CNTs),碳纳米管具有很多优异而独特的光学、电学和力学性能而有着广泛的应用前景。
所以,碳纳米管基础力学行为的研究引起了人们的极大兴趣,但首先面临的困难是如何对单个碳纳米管的力学行为进行描述。
对碳纳米管的力学行为,许多学者在理论和实验两方面都进行了研究[2,3],得到了不同的研究方法。
在用有限元法计算碳纳米管基本力学属性弹性模量E 和剪切模量G 方面,Giannopoulos 等[4]针对碳纳米管中碳原子间的作用势,分别用杆单元和弹簧单元进行模拟,而Li 和Chou [5]将碳纳米管中碳 碳化学键等效为梁单元,M ir 等[6]和Sakhaee Pour 等[7]采用上述方法对单壁碳纳米管的振动特性进行了分析。
在文献[4]和[5]中,通过对碳纳米管施加拉伸力和扭矩,并根据轴向拉伸变形和扭转变形计算了碳纳米管的弹性模量E 和剪切模量G 。
碳纳米管在传感器方面的应用研究
碳纳米管在传感器方面的应用研究近年来，随着科技的迅速发展，传感器技术得到了广泛的应用，尤其是在环境监测、生物医学等领域。
在各种传感器材料中，碳纳米管由于其卓越的电学性能、化学稳定性和高的比表面积等特性而被广泛关注。
本文将详细探讨碳纳米管在传感器方面的应用研究。
一、碳纳米管的基本特性碳纳米管是一种由碳原子构成的管状物质，直径为纳米级别，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。
单壁碳纳米管具有显著的导电性、热导率和机械强度，因此在电子学、光学和生物医学工程等领域得到了广泛的应用。
多壁碳纳米管具有高的比表面积和活性，可用于催化和传感。
二、碳纳米管传感器的基本原理碳纳米管传感器是将碳纳米管作为传感元件的一种传感器。
其基本原理是利用碳纳米管的表面反应特性，与分子之间的作用进行反应，导致其电学性能发生变化。
此外，由于碳纳米管本身的导电性能优异，使其能够转化微弱的信号，从而实现对环境参数的测量。
三、碳纳米管传感器在环境监测中的应用1.化学气体传感器。
由于碳纳米管的高的比表面积和活性，其表面与化学气体相互作用的能力强。
因此，将碳纳米管纳米材料作为传感元件可用于气体的检测。
例如，利用多壁碳纳米管制备的气体传感器，能够检测到微量的氨气，这对于环境监测和空气质量控制具有重要意义。
2.生物分子传感器。
由于碳纳米管的高比表面积和导电性能，可以将其用于生物分子的检测。
例如，利用碳纳米管制备的DNA传感器可以快速、灵敏地检测到DNA序列，并且可以在生物医学和环境监测等领域得到广泛的应用。
四、碳纳米管传感器在医学领域中的应用单壁碳纳米管作为一种理想的生物医学传感器材料，其可用于诊断、治疗和监控等方面。
例如，单壁碳纳米管可以用作医用成像剂、药物递送载体和细胞成像的传感器。
该传感器可以有效地识别癌细胞和控制肿瘤的生长，对于肿瘤的治疗具有很大的潜力。
五、碳纳米管传感器的应用前景碳纳米管传感器以其优越的电学性能、高的比表面积和化学稳定性在环境监测、生物医学等领域得到广泛应用，尤其是在疾病的早期诊断和治疗中有着巨大的优势。
电学性质电容式碳纳米管气湿敏传感器敏感机理研究_硕士学位论文 精品
电容式碳纳米管气湿敏传感器敏感机理 研究
RESEARCH ON SENSING MECHAMISN OF CAPACITIVE TYPE CNT GAS/HUMIDITY SENSOR
周新来
2010 年 7 月
国内图书分类号：TP212.2 国际图书分类号：543.5
电容式碳纳米管气湿敏传感器敏感机理 研究
硕 士 研 究 生： 周新来 导 师： 刘晓为教授
申 请 学 位： 工学硕士 学 科： 微电子学与固体电子学
所 在 单 位： 微电子科学与技术系 答 辩 日 期： 2010 年 7 月 授予 学位 单位： 哈尔滨工业大学
Classified Index: TP212.2 U.D.C: 543.54
Zhou Xinlai Liu Xiaowei Professor Master of Engineering Microelectronics and Solid-state Electronics Dept. of Microelectronic Science and Technology July, 2010 Harbin Institute of Technology
-I-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The carbon nanotube (CNT: carbon nanotube) has been catching broad attention since its discovery by Iijima from Japan in 1991. Mount of theories and experimental research demonstrate that the CNT has some excellent properties arising from its special nano structure, such as huge surface-volume ratio, good performance on absorption, stable chemistry, and also special electrical property. It is the excellent properties above-mentioned that make CNT a good candidate for kinds of sensors. By research, it is found that the sensor with CNT as sensing material is of high sensitivity and fast responding, making it have potential application. This paper was carried out on the sensing mechanism of SiO 2 -CNT film with low concentration of MWNT(multi-wall carbon nanotube) based on capacitive response to gas concentration. The absorption curve of gas after capillary concentration in porous sensitive film was acquired based Dubinin-Radushkevich equation of Soviet Russia academician Dubinin on gas adsorption in porous carbon. The dielectric property of multi-phase composite was studied with dielectric theory, including the expression of dielectric constant with absorption volume of gas and modifying the expression. Meanwhile, the diffusion of gas in the film was also researched and responding time was obtained. The theory was improved by the following experiment. The porous films of SiO2-CNT with different concentration of CNT were fabricated and also tested in different frequencies. It is shown from the result of the study that there is obvious interfacial polarization in low frequency sector (from 100Hz to 1MHz) for the sensing film. The absorption curve was obtained in different frequency. And the effect of slenderness ratio of CNT on sensing property was studied. For sensors with the same concentration of CNT, the capacitance of the ones with CNT of little slenderness ratio(30) is much more than those with CNT of big slenderness ratio (100). It was discovered that sensors with 1wt% CNT had excellent linearity. Keywords : carbon nanotube; sensor; dielectric property; absorption
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展目录一、内容概述 (2)二、碳纳米管及复合材料的概述 (2)1. 碳纳米管的基本性质 (3)2. 碳纳米管复合材料的制备 (4)3. 碳纳米管及其复合材料的应用领域 (5)三、柔性应变传感器的原理及发展现状 (6)1. 柔性应变传感器的基本原理 (8)2. 柔性应变传感器的发展现状 (9)四、基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展 (10)1. 碳纳米管柔性应变传感器的研究现状 (11)（1）制备工艺研究 (13)（2）性能研究 (14)2. 碳纳米管复合材料柔性应变传感器的研究进展 (15)（1）复合材料的类型及性能特点 (17)（2）传感器的制备工艺优化 (18)（3）应用研究及成果展示 (18)五、面临的挑战与展望 (20)1. 目前研究面临的挑战分析 (21)2. 未来发展趋势及展望分析 (22)一、内容概述柔性应变传感器作为一种新型的传感器技术，具有结构简单、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，在工程测量、生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究取得了显著的进展。
本文将对这一领域的研究现状进行梳理，重点关注碳纳米管及其复合材料在柔性应变传感器中的基础研究、制备方法、性能优化以及应用实例等方面的最新进展。
通过对国内外相关研究成果的分析和对比，总结了目前该领域的主要研究方向和发展趋势，为进一步推动柔性应变传感器的研究与应用提供参考依据。
二、碳纳米管及复合材料的概述碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料。
由于其高导电性、高热导率、高机械强度以及良好的化学稳定性，CNTs在电子、传感器、复合材料等领域得到了广泛的应用。
基于碳纳米管的柔性应变传感器因其高灵敏度、良好的机械柔韧性和稳定性受到了研究者们的广泛关注。
随着科技的进步，单一的碳纳米管在某些应用场景中可能难以满足复杂多变的需求，于是人们通过一定的工艺和技术，将碳纳米管与其他材料相结合，形成复合材料。
碳纳米管在传感器技术中的应用研究
碳纳米管在传感器技术中的应用研究一、引言传感器技术是现代科学技术的重要组成部分，广泛应用于环境监测、医疗诊断、生物学研究等领域。
碳纳米管作为一种新兴的纳米材料，具有独特的物理和化学性质，因此在传感器技术中具有广阔的应用前景。
本文将重点探讨碳纳米管在传感器技术中的应用研究。
二、碳纳米管的基本特性碳纳米管是由碳原子按照特定方式排列而成的管状结构，具有以下基本特性：高比表面积、优异的导电性和导热性、高机械强度和弹性、优异的化学稳定性等。
这些特性使得碳纳米管成为理想的传感器材料。
三、碳纳米管在气体传感器中的应用1. 气体检测碳纳米管可以作为传感材料，用于气体的检测。
研究表明，碳纳米管可以通过吸附气体分子来改变其导电性能，进而实现对气体的检测。
在环境监测中，利用碳纳米管传感器可以实现对有害气体的快速、高灵敏度的检测，有助于保护环境和人类健康。
2. 气体传感器优化通过控制碳纳米管的成长和结构，可以调控其吸附气体的选择性和灵敏度。
通过控制碳纳米管的层数、直径和官能团修饰等手段，可以优化气体传感器的性能，提高其选择性和抗干扰能力。
四、碳纳米管在生物传感器中的应用1. 生物分子检测碳纳米管具有较高的比表面积和良好的生物相容性，因此可应用于生物传感器中对生物分子的检测。
通过将需要检测的生物分子与碳纳米管表面固定化，可以利用碳纳米管的导电特性来检测分子的电荷变化，从而实现对生物分子的灵敏检测。
2. 细胞传感与成像碳纳米管不仅在检测生物分子方面具有潜力，还可应用于细胞传感和成像领域。
碳纳米管可以通过特定的功能化修饰，实现与细胞的选择性结合，并通过其荧光性质实现对细胞的可视化观测。
五、碳纳米管在环境传感器中的应用1. 水质监测碳纳米管可用于水质传感器中，用于检测水中重金属离子、有机污染物等。
研究发现，碳纳米管与某些重金属离子可以形成络合物，从而改变其电导特性，实现对水中重金属离子的高灵敏度检测。
2. 大气污染监测碳纳米管还可应用于大气污染传感器中，用于检测大气中的颗粒物和有害气体。
基于多壁碳纳米管敏感膜的石英微振天平气体传感器敏感特性的研究
辽宁大学学报 自然科学版第33卷 第2期 2006年JOURNAL OF LIAONING UNIV ERSITY Natural Sciences Edition V ol.33 N o.2 2006基于多壁碳纳米管敏感膜的石英微振天平气体传感器敏感特性的研究吕 品1,Ξ张绍成2(1.辽宁大学物理系,辽宁沈阳110036;2.辽宁大学信息科学与技术学院,辽宁沈阳110036)摘 要:多壁碳纳米管(Multi-Wall Carbon Nanotubes,MWC NTs)作为新型的纳米气敏材料被涂覆在石英微振天平(Quartz Crystal Microbalance,QC M)的表面,依据QC M在干燥空气及被测气体中的频率变化初步探讨了涂覆了MWC NTs的QC M对16mgΠm3甲醛和9.64mgΠm3水蒸汽的敏感特性.关键词:碳纳米管(Carbon Nanotubes,C NTs);多壁碳纳米管(MWC NTs);石英微振天平(QC M);甲醛.中图分类号:T N389 文献标识码:A 文章编号:100025846(2006)022******* 1991年日本的S.Iijima博士首次发现了碳纳米管(C NTs),其结构是由单层(单壁碳纳米管)或两层(MWC NTs)以上、极细小的圆筒状石墨片而形成的中空碳笼管.C NTs具有孔隙结构、比表面积大等特性,是极具潜力的气敏材料.自从K ong[1]等人证明了C NTs作微传感器用以在室温下检测低浓度的NO2、NH3、CH4等有毒气体以来,用作化学传感器[2,3]的C NTs已经引起许多研究团体极大的兴趣.QC M传感器的核心是石英晶振.研究发现,在一定条件下,当石英晶振表面吸附其他物质时,石英晶振的固有频率随吸附质量的大小而改变. QC M传感器根据这一原理,在石英晶振表面做一层敏感薄膜,利用敏感薄膜对待测物质的吸附作用,把待测物质的浓度信号转化为频率信号进行检测的.利用MWC NTs作为气敏材料,将其均匀地涂覆在QC M表面形成一敏感薄膜.利用MWC NTs敏感薄膜对16mgΠm3甲醛和9.64mgΠm3水蒸汽的吸附作用,把甲醛和19.64mgΠm3水蒸汽的浓度信号转化为频率信号从而对16mgΠm3甲醛和9.64 mgΠm3水蒸汽进行检测.1 实验一号液:将MWC NTs分散在无水乙醇溶液中,加入分散剂十二烷基磺酸钠(C12H25S O3Na)防止MWC NTs团聚,并将该溶液进行15min的超声处理,得到分散均匀的MWC NTs悬浮液.二号液:将MWC NTs在浓H2S O4和浓H NO3 (体积比浓H2S O4:浓H NO3=1:3)溶液中浸泡18 h,然后把多余的酸过滤,所剩的粉末物质即是经提纯、改性的MWC NTs.再把经提纯、改性的MWC2 NTs分散在无水乙醇溶液中,进行15min的超声处理,得到分散均匀的MWC NTs悬浮液.QC M的固有频率是10MH z,取去除封装后的AT切型石英晶片.先在110m olΠL的HC L溶液中浸泡10min,用去离子水清洗干净;接着用丙酮超声清洗10min;再用无水乙醇超声清洗10min;最后用大量去离子水冲.将QC M石英晶片放入干燥箱中2h,取出待用.用蘸涂法在QC M石英晶片的表面分别涂覆一号液和二号液,并在干燥箱内干燥0.5h,得到样品1和样品2.图1是蘸涂法的涂膜效果图,可以看出在石英晶片表面形成了比较均匀的MWC2Ξ作者简介:吕 品(19732),女,辽宁朝阳人,讲师,博士生在读,从事半导体器件方面的研究. 收稿日期:2005209224NTs 薄膜.图1 蘸涂法涂膜效果图图2是两个样品对16mg Πm 3甲醛的响应曲线.从图中可以看出样品1对16mg Πm 3甲醛有响应,样品2对16mg Πm 3甲醛几乎没什么响应.我们分析是样品2中用到的原始MWC NTs 在空气中放置了一段时间,由于原始MWC NTs 本身含有少量的杂质及缺陷,可能吸附了空气中的水、杂质等,从而对16mg Πm 3甲醛气体几乎没有响应.图2 QC M 对16mg Πm 3甲醛的响应图3是样品1对16mg Πm 3甲醛和9.64mg Πm3水蒸汽的响应曲线.响应幅度都不大,但很稳定.对16mg Πm 3甲醛的灵敏度是240H z ,对16mg Πm 3水蒸汽的灵敏度是173H z.样品1是未经修饰的MWC NTs 涂覆的QC M ,未经修饰MWC NTs 的表面不含OH 官能团,缺少吸附的活性点.图3 样品1对16mg Πm 3甲醛和对9.64mg Πm 3水蒸汽的响应需要进一步对MWC NTs 进行掺杂、改性来增加其对被测物质的响应;涂膜技术也需改进.2 结束语本文对涂覆了MWC NTs 敏感膜的QC M 对16mg Πm 3甲醛和9.64mg Πm 3水蒸汽的响应做了初步探讨.结果表明涂覆了MWC NTs 敏感膜的QC M 对16mg Πm 3甲醛和9.64mg Πm 3水蒸汽的响应尽管幅度不大,但比较稳定.还有待做进一步的研究以提高去对甲醛和水蒸汽的敏感度.参考文献:[1] J K ong Nanotube m olecular wires as chemical sens ors[J ].S ience ,2000,287:622.[2] O K Varghese.G as sensing characteristics of multi -wallcarbon nanotubes[J ].Sens ors and Autuators ,2001,81:32-41.[3] C Cantalini.G as sensitivity of carbon nanotubes obtainedby plasma enhanced chemical vapor deposition[J ].sens ors and Actuators B ,2003,93:333-337.Preliminary R esearch of Q uartz Crystal Microbalance Sensitive Properties based on Multi -W all C arbon N anotubes FilmLV Pin 1ZH ANG Shao 2cheng2(1.Physics Department o f Liaoning Univer sity ,Shenyang 110036,China ;rmation Science and Technology Institute o f Liaoning Univer sity ,Shenyang 110036,China )Abstract : Multi -Wall Carbon Nanotubes (MWC NTs )as new gas sensitive material are coated on surface of Qu 2artz Crystal Microbalance (QC M ).In this paper ,we preliminarily investigated sensitive properties of QC M coatedMWC NTs to 16mg Πm 3formaldehyde gas and 9.64mg Πm 3vapour according to frequency change o f QC M in dry air and detected gas.K ey words : Carbon Nanotubes ;Multi -wall carbon nanotubes ;Quartz Crystal Microbalance ;F ormaldehyde.(责任编辑 郑绥乾)671辽宁大学学报 自然科学版 2006年 。
碳纳米管电特性测量技术的研究
碳纳米管电特性测量技术的研究Electrical properties of carbon nanotubes measuring technology research学科专业：测试计量技术及仪器研究生：何斌指导教师：傅星教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零零八年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要碳纳米管以其优良的物理和化学特性受到了广泛关注，成为21世纪推动科技发展的新动力。
在其各种突出的特性中又以电学特性尤为显著，在多个领域有着广泛的应用前景，如碳纳米管组成的场效应晶体管、电子场致发射、传感器等方面。
因此，对碳纳米管基本电特性的研究是非常重要而且有意义的。
本文在认真研究和分析国内外研究成果的基础上设计了测量碳纳米管基本电特性的系统。
在利用现有实验室AFM的条件下，自行设计电极与电路系统。
使用AFM来实现对碳纳米管的观察与操作，电路系统达到激励及测量碳纳米管的电特性的目的。
在电路系统中，信号发生模块以FPGA为核心利用DDS技术可自行编程产生任意波形对碳纳米管进行激励，为更多探索碳纳米管电特性的提供了条件；测量模块中则实现了对微小直流交流电流的检测。
基于纳米碳管的高性能传感器研究
基于纳米碳管的高性能传感器研究随着科技的不断发展和人们对物质世界的深入探索，传感器作为一种获取信息并将其转换为可用信号的重要装置，在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
然而，传统的传感器在一些应用场合中的性能已经无法满足实际需求，因此，寻求一种新型的高性能传感器已经成为了科学家们的重要研究方向。
而基于纳米碳管材料的传感器便是一个备受关注的研究方向。
本文旨在对基于纳米碳管的高性能传感器进行探究和分析。
一、纳米碳管的简介纳米碳管（Carbon Nanotube, CNT），是由碳原子组成的空心圆柱体，在结构上类似于石墨。
纳米碳管的直径通常在1到10纳米之间，长度则可达到数百万倍于直径的范围。
纳米碳管的强度非常高，可以承受高达50GPa的拉伸应力，抵御甚至能够承受甚至比钢材还高的外力。
更为重要的是，由于纳米碳管具有很好的导电性和导热性能，所以纳米碳管在传感器的研究领域具备很好的应用前景。
二、纳米碳管传感器的应用纳米碳管传感器作为一种新型的传感器，在生物医学、环境监测、智能家居等领域都有着广泛的应用。
下面将从三个方面来进行具体的介绍。
1.生物医学领域在生物医学领域，纳米碳管传感器具备很高的敏感度和精度，可以用来检测体液中的生物分子，如葡萄糖、蛋白质等。
同时，由于纳米碳管具有较小的尺寸和较高的灵敏度，因此纳米碳管传感器可以在细胞层面上进行测量，从而实现对生物分子的更为准确的检测。
2.环境监测领域在环境监测领域，纳米碳管传感器可以用来检测汽车尾气中的有害气体，并能够准确地反映出空气污染的程度。
同时，由于纳米碳管传感器具有灵敏度和分辨率高、响应速度快等特点，因此还可以用来检测水体中的化学物质和微量污染物，有望成为环境监测领域中的重要技术手段。
3.智能家居领域在智能家居领域，纳米碳管传感器可以用来检测家庭设备的运行状态，如检测水表、燃气表、电表等的能耗等信息。
此外，由于纳米碳管传感器可以实现对细微变化的检测，因此还可以用来检测家庭环境的温度、湿度、气压等信息，从而实现更为精准地环境控制。
碳纳米管气敏传感器的研讨
碳纳米管气敏传感器的研讨一、导言1991年，日本电气公司的教授S.Iijima[1]发现了碳纳米管，它是90年代发现的碳宗族中第五种同素异形体，由自然界最强的Ｃ-Ｃ共价键联系而成。
碳纳米管的构造可看成是由石墨烯卷成的圆筒，碳原子在其外表呈螺旋状摆放，特殊情况下可呈扶手椅和锯齿状。
根据壁的层数，它可分为单壁和多壁两种；同时，根据手性矢量（n, m），它又分为金属性和半导体性两种：当n-m为3的整数倍时，其为金属性，其他情况下则为半导体性[2]。
因为特有的力学、电子、化学性质，准一维管状分子构造和潜在运用价值，碳纳米管已成为化学界的一颗新星，导致了物理学家、化学家、资料学家极大的爱好。
各国皆投入了许多的人力、物力对它的性质、制备、运用进行了一系列的研讨,并取得了可喜的效果。
纳米碳管具有中空构造和大的壁外表积，对气体具有很大的吸附能力。
因为吸附的气体分子与碳纳米管相互效果、改动了它的费米能级的改动进而导致微观电阻发作较大改动，经过对电阻改动的测定即可检测气体的成分。
因此，碳纳米管可来制造气体分子传感器。
当前，J.Kong等人[3]已成功地研讨了单根单壁半导体碳纳米管的气敏特性，为一维碳纳米管作为灵敏资料构成气敏传感器的研讨打开了大门。
二、碳纳米管气敏传感器的研讨现状1、用单壁碳纳米管制造气敏传感器J.Kong等人[3]用化学气相堆积法在涣散有催化剂的SiO2/Si基片上制得一根单壁半导体碳纳米管（）。
其间，两种金属电极同衔接一根半导体单壁碳纳米管（S-SWNT）衔接，构成金属／S-SWNT／金属构造（图1(a)）并呈现出P型半导体的性质，其间SWNT直径1.8nm,金属电极20 nm的镍上掩盖一层60nm的金构成。
如今，用气体检测实验来检测单根SWNT在不一样气体中电阻的改动。
把一根SWNT 样品放在一个密封的500ml的玻璃瓶中，通入在空气或者氩气中稀释的NO2((2～200)×10-6)或H3(0.1?1?得到了I/V联系曲线（如图1(b)和(c)所示）。
碳纳米管材料在传感器领域中的研究与应用
碳纳米管材料在传感器领域中的研究与应用随着科技的不断发展，传感器已经成为了现代社会中不可缺少的一部分。
传感器的应用领域非常广泛，从智能手机中的加速计和陀螺仪，到飞机和汽车的自动驾驶系统。
如何提高传感器的性能以及降低其成本，成为了学术和工业界共同关注的问题。
而碳纳米管就是在这个领域中备受瞩目的新材料。
碳纳米管材料在传感器中的优势碳纳米管是一种新型的碳纳米材料，具有优异的物理、化学和机械性质。
碳纳米管不仅具有极高的导电性和导热性，而且还具有极大的比表面积和尺寸效应。
这使得碳纳米管可以应用于多种传感器中，以提高传感器的性能。
碳纳米管传感器的研究研究人员利用碳纳米管的独特性质，研发出多种不同类型的碳纳米管传感器。
其中，碳纳米管场效应晶体管传感器（CNTFET）和碳纳米管热敏电阻传感器（CNTR）是应用最广泛的两种传感器。
CNTFET传感器CNTFET传感器是一种基于氧化硅衬底上生长碳纳米管阵列的晶体管结构传感器。
CNTFET传感器具有极高的敏感度和较低的噪声，主要应用于生物医学传感和环境监测等领域。
CNTR传感器CNTR传感器是一种基于碳纳米管热敏效应的电阻器传感器。
CNTR传感器可以应用于气体检测、温度测量和故障诊断等多种领域。
CNTR传感器具有极高的灵敏度和快速响应，特别适合于高温环境下的应用。
碳纳米管传感器的应用碳纳米管传感器的应用领域非常广泛，特别是在生物医学、环境监测和安全检测等方面。
下面介绍几种典型的应用案例：生物医学传感碳纳米管可以用来制备各种生物传感器，例如葡萄糖传感器、DNA传感器和离子传感器等。
这些生物传感器具有高灵敏度、高选择性和较低的检测限，可以应用于生物医学领域中的疾病诊断和治疗等方面。
环境监测碳纳米管传感器可以应用于环境监测领域，例如空气质量监测和水质监测等。
由于碳纳米管具有高灵敏度和高选择性，可以检测出空气中的污染物和水中的有害物质。
安全检测碳纳米管传感器可以应用于安全检测领域，例如毒品检测和爆炸物检测等。
碳纳米管在传感器制备中的应用研究
碳纳米管在传感器制备中的应用研究碳纳米管是一种全新的纳米材料，由于其特殊的物理、化学性质，具有广泛的应用前景。
尤其在传感器制备领域，碳纳米管有着极为重要的作用。
本文将重点探讨碳纳米管在传感器制备中的应用研究。
一、碳纳米管的基本特性碳纳米管是由碳原子通过不同的方式排列结构而成的一种纳米材料，其直径在纳米级别，长度则可以达到数十微米或更长。
由于碳纳米管的直径和外壳原子排列方式的不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两大类。
单壁碳纳米管由单个碳原子排列成的六角环组成一层层的管壳结构，具有极高的强度和导电性能，同时也有很强的柔韧性和致密性。
多壁碳纳米管则由多层管壳组成，其性质与单壁碳纳米管有所区别。
二、碳纳米管在传感器制备中的应用碳纳米管具有独特的物理、化学性质，被广泛应用于传感器的制备中。
具体来说，碳纳米管在传感器制备中的应用可以分为以下几个方面：1.气体传感器碳纳米管具有极高的比表面积和特殊的物理、化学性质，使其成为一种优秀的气体传感器材料。
通过在碳纳米管上沉积金属或金属氧化物等活性材料，可以制备出高灵敏度、高选择性的气体传感器，用于气体检测、环境监测等领域。
2.生物传感器碳纳米管的优异性质也使其成为一种优秀的生物传感器材料。
通过在碳纳米管表面修饰上生物分子，可以制备出对生物分子具有极高灵敏度和特异性选择性的生物传感器，用于生物领域的检测和诊断。
3.化学传感器碳纳米管在化学传感器中的应用也非常广泛。
通过在碳纳米管表面修饰上化学分子，或是在碳纳米管内部填充有机物或无机物等化学物质，可以制备出高灵敏度、高特异性的化学传感器，用于环境监测、药物检测等领域。
4.光学传感器碳纳米管的电磁波吸收和发射特性也使其成为一种优秀的光学传感器材料。
通过在碳纳米管表面修饰上或嵌入一些荧光染料等材料，可以制备出对光学信号具有很高响应的光学传感器。
三、碳纳米管传感器的发展前景随着科学技术的不断发展，碳纳米管传感器在各个领域的应用也会越来越广泛。
碳纳米管的特性及其分析应用
碳纳米管的特性及其分析应用摘要碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
本文着重介绍碳纳米管的特性及其在仪器分析中的应用。
关键词：碳纳米管；特性；仪器分析I一、引言碳纳米管（CNT,又名巴基管，于1991年被日本电子公司（NEC的饭岛博士发现。
是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
由于其优异的力学、电学和光学特性，碳纳米管受到了越来越多的关注。
随着时间的推移，CNT的制备与表征手段越发完善，由CNT制成的各种产品技术也趋于成熟。
二、碳纳米管的制备方法其主要有三种制备方法：分别为电弧放电，激光蒸发法和碳氢化合物催化分解。
（一）电弧放电电弧放电是指一般情况下由两个电极和它们之间的气体空间所组成电弧能产生高温。
但又不同于一般的燃烧现象，它既没有燃料也没有伴随燃烧过程的化学反应。
电弧放电实质上是一种气体放电现象，在一定条件下使两极之间的气体空间导电，是电能转化为热能和光能的的一种过程。
该方法包括以下具体步骤：对碳纳米管直接施加电压和电流，进行电火花处理，去除碳纳米管表面的附着金属或氧化物催化剂和剥离沉积的非晶碳层，与此同时，切割、定向排列碳纳米管。
本技术所采用的电火花处理可在空气中进行，也可在惰性气氛中进行。
施加电压可为直流也可为交流，电压10〜10 0伏，电流0〜10安培。
本方法的优点在于能完全去除碳管表面用其它方法难以去除的非晶碳和金属杂质，达到纯化碳纳米管的目的；另外，此方法还可切割碳纳米管，获得定向排列的碳纳米管。
（二）激光蒸发法激光蒸发法是制备碳纳米管的一种有效方法•用高能CC2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有催化剂的碳靶制备碳纳米管，管径可由激光脉冲来控制。
激光脉冲间隔时间越短，得到的碳纳米管产率越高，而碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。
碳纳米管在传感器中的应用研究
碳纳米管在传感器中的应用研究章节一：引言传感器在现代工业和科技中扮演着重要的角色，其应用涵盖了从环境监测到生物医学等多个领域。
然而，随着技术的不断发展，人们对传感器的性能和功能要求也越来越高。
碳纳米管作为一种新型的纳米材料，具有独特的电学和力学性能，成为研究和应用的热点之一。
本文将探讨碳纳米管在传感器中的应用研究。
章节二：碳纳米管的特性和制备方法碳纳米管是以碳元素为基本组成单元的纳米材料，具有很多独特的特性。
首先，碳纳米管具有优异的导电性能。
由于其电子结构的特殊性，碳纳米管的电子迁移率高于其他材料，使得其在传感器中可以实现高灵敏度的检测。
其次，碳纳米管具有高比表面积和空隙结构，可以提高传感器的吸附能力和灵敏度。
此外，碳纳米管还具有良好的力学性能和化学稳定性，使得其在传感器设计中能够满足不同环境下的要求。
制备碳纳米管的方法多种多样，常见的有电弧放电法、化学气相沉积法和碳热还原法等。
每种方法都有其优缺点，研究人员需要根据具体应用的要求选择最合适的制备方法。
章节三：碳纳米管在气体传感器中的应用研究气体传感器是利用物质与气体相互作用的变化来检测和测量气体成分的设备。
碳纳米管在气体传感器中的应用研究主要集中在以下两方面。
首先，碳纳米管可以用作气体吸附剂。
由于碳纳米管具有高比表面积和空隙结构，可以吸附气体分子，故能够用于检测低浓度的气体。
研究人员通过改变碳纳米管的制备方法和调控其结构，实现了对不同气体的选择性吸附和检测。
其次，碳纳米管可以用作气体感测元件。
研究发现，当碳纳米管暴露在气体环境中时，其电学性质会发生变化，如电导率的增加或减小。
通过测量碳纳米管电学性质的变化，可以实现对气体成分的检测和测量。
此外，碳纳米管还可以与其他材料相结合，形成复合材料传感器，提高传感器的灵敏度和选择性。
章节四：碳纳米管在生物传感器中的应用研究生物传感器是一种能够检测和测量生物分子、细胞和生物过程的设备。
碳纳米管在生物传感器中的应用研究主要涉及以下两个方面。
碳纳米管在传感器中的应用研究
碳纳米管在传感器中的应用研究随着物联网技术的发展，传感器的应用越来越广泛。
而碳纳米管作为一种新型纳米材料，其在传感器领域的应用也受到了广泛关注。
碳纳米管具有优异的导电、机械及光学性质，能够作为传感器的敏感元件，能够检测出微小的信号，因而具有很高的应用价值。
1.碳纳米管的基本概念和性质碳纳米管是由碳原子构成的一种纳米材料，是最小的管状结构之一。
碳纳米管具有很多出色的性质，如高度的导电性、导热性、机械强度和化学稳定性等。
由于其直径只有几十纳米左右，长度却可以达到数百微米到数毫米，高纵横比的形态使得碳纳米管被视为各行业新材料的核心之一。
2.碳纳米管在传感器制造中的应用2.1 压力传感器利用碳纳米管的弯曲变形特性，可以制造出高灵敏度的压力传感器。
利用碳纳米管的机械强度和柔性使其成型，然后通过改变管子形态来达到弯曲。
这种尺度上的弯曲不会影响碳纳米管的导电性，因此密集排列的碳纳米管成为一种高灵敏度的压力传感器。
2.2 气体和化学物质传感器碳纳米管对化学物质和气体敏感，可以用来制造气体和化学物质传感器。
当气体、有机分子或单原子气体与碳纳米管结合时，因其表面化学成份的变化和电学性质的改变，导致其电学信号发生改变。
这种改变可以被检测到，从而实现气体或化学物质的传感。
2.3 生物传感器碳纳米管还可以用于生物传感器。
生物传感器的制造过程需要将靶分子与传感器表面上的生物分子（例如抗体、蛋白质和核酸）链接在一起。
碳纳米管的独特结构特征使得其表面可用化学方法泛化改造，使其与不同的生物分子链接。
将其应用于生物传感器中，则可以通过检测具有生物学意义的聚集体，例如卵白素等，来快速、灵敏地检测出肿瘤细胞、病原体和废水中的化合物等。
3.碳纳米管传感器的发展趋势传感器是一个大家族，从传统的电阻、电容、电感等，到纳米传感器等，各种新型传感器层出不穷。
碳纳米管传感器具有优异的性质，尺度小且功能强，具有很高的检测灵敏度和速度。
随着制备技术的提高和精度的提升，碳纳米管传感器被广泛研究和应用。
基于碳纳米管的传感器及其应用研究
基于碳纳米管的传感器及其应用研究近年来，随着科技的快速发展，传感器技术的应用也越来越广泛，各个领域中的传感器应用越来越接近于人们的生活，被广泛认可并实际使用。
而基于碳纳米管的传感器因其独特的性能，成为了当今研究的热点之一。
本文将介绍基于碳纳米管的传感器及其应用研究。
一、碳纳米管的基本概念碳纳米管是由碳原子构成的纳米管状结构，直径只有数纳米至数十纳米，但长度可达数公分，具有用于制备高效能场发射电极、生物传感器、纳米器件以及高倍增强电子显微镜样品制备等领域中广泛应用的巨大潜力。
碳纳米管的内部可以是空心或充满某种物质，具有优异的力学性能、电学性能和热学性能。
二、基于碳纳米管的传感器的原理碳纳米管传感器是利用碳纳米管的一些特殊性质和微观结构进行探测，传感器可分为化学传感器、生物传感器、气体传感器、加速度传感器等类型。
化学传感器主要用于监测化学物质的变化，生物传感器则主要是监测生物分子相互作用的过程。
其基本原理是，通过对碳纳米管表面进行修饰，使其能够敏锐地感应所检测的物质，从而实现检测功能。
三、基于碳纳米管的生物传感器的研究生物传感器可以利用生物识别分子或非生物分子和生物分子相互作用的过程，达到对生物分子进行检测的目的。
基于碳纳米管的生物传感器利用碳纳米管的高比表面积、稳定的化学性质和优异的分子识别性能，可以快速、准确地检测生物分子，包括蛋白质、DNA、RNA等。
同时，由于碳纳米管具有可调制的大小、形状和表面性质，因此能够适应各种不同的检测场景，其灵敏度和特异性能够得到不同程度的提高。
四、基于碳纳米管的气体传感器的研究基于碳纳米管的气体传感器主要用于监测大气中的气体浓度。
碳纳米管传感器由于其高灵敏度和快速响应特性，能够检测包括NO、NO2、O3、SO2、CO、NH3等气体的浓度变化。
其中，碳纳米管的气体敏感性与其表面的化学修饰以及空穴浓度密切相关。
通过改变表面修饰的方法来实现对不同气体的敏感检测，使其实现对空气中污染物质分析的功能。
碳纳米管的生物传感性能研究
碳纳米管的生物传感性能研究碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）作为一种独特的纳米材料，近年来得到了广泛的关注和研究。
由于其独特的物理和化学特性，碳纳米管在生物传感领域表现出了卓越的性能，被认为有着巨大的潜力。
首先，碳纳米管具备了优异的电子传输性能。
由于其独特的结构，碳纳米管表现出了优异的导电性能，可以作为高灵敏度的电子传感器。
研究人员发现，当生物分子与碳纳米管接触时，由于碳纳米管的导电性质，生物分子的特征可以通过电流变化的方式进行检测和分析。
这为生物分析和生物诊断提供了新的思路和方法。
其次，碳纳米管具有高度的生物相容性。
研究发现，碳纳米管的表面可以进行修饰，以提高其与生物分子的相互作用。
通过在碳纳米管表面引入特定的化学官能团，可以增强碳纳米管与生物分子的结合能力，从而实现对特定生物分子的选择性检测。
此外，碳纳米管还具备较低的细胞毒性，对生物组织和细胞的生长没有显著的不良影响，这为其在生物传感领域的应用提供了良好的基础。
此外，碳纳米管的结构还赋予其独特的荧光性能。
研究人员发现，当碳纳米管受到激发后，会产生特定的荧光信号。
这种荧光信号可以用于生物分子的标记和检测，实现对生物过程的实时监测。
研究者通过对碳纳米管的表面修饰和结构调控，可以实现对荧光信号的调节和增强，为生物传感的研究提供了新的思路。
然而，尽管碳纳米管在生物传感领域具备着诸多优势，但其应用仍然面临着一些挑战。
首先，碳纳米管的制备和修饰过程相对复杂。
由于碳纳米管的特殊结构和表面特性，制备高质量的碳纳米管并进行表面修饰是一个技术难题。
其次，碳纳米管的毒性和生物安全性问题也需要重视。
虽然碳纳米管的生物相容性相对较好，但对于长期暴露和大剂量的情况，其可能对生物体造成潜在的伤害。
因此，对于碳纳米管的毒性和生物安全性进行深入研究，制定相应的安全规范是十分必要的。
综上所述，碳纳米管作为一种新型的纳米材料，在生物传感领域具备着广阔的应用潜力。
碳纳米管应变传感测量与偏振拉曼控制方法研究
第!!卷!第"期!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析#$%&!!!'$&"!((),E E *),E <,-)!年"月!!!!!!!!!!!!.(/012$30$(4567.(/0125%865%4393:54!,-)!!碳纳米管应变传感测量与偏振拉曼控制方法研究李石磊) 仇!巍)" 亢一澜) 雷振坤, 李!秋) 邓卫林) 高! ));天津大学机械工程学院力学系!现代工程力学天津市重点实验室!天津!!---G ,!,;大连理工大学工程力学系!工业装备结构分析国家重点实验室!辽宁大连!))+-,E摘!要!面向微尺度平面变形的精细测量对碳纳米管应变传感测量方法进行了理论与实验研究"利用碳纳米管的拉曼应变敏感性及其偏振选择性!针对各种典型的拉曼光谱系统偏振构型!推导建立了适于各种偏振拉曼构型的碳纳米管平面应变传感解析关系式"从测量学角度出发!对不同偏振构型下的应变传感进行了对比分析!得出入射与散射光偏振方向皆能够连续控制且始终保持平行的双偏协同构型最适合于平面应变传感!并进一步提出易于实现的双偏协同构型光路配置方式与控制方法"通过实验应用证明!所提出的方法能够有效的实现基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量"关键词!偏振微拉曼光谱%碳纳米管传感器%平面应变测量%偏振构型与控制中图分类号 Q +"G &!!!文献标识码 8!!!%&' )-&!D +E F&9336&)---*-"D ! ,-)! -"*),E E *-"!收稿日期,-),*-<*!) 修订日期 ,-),*)-*,D !基金项目 国家重大科学研究计划项目&,-),N V D !G "--'!国家自然科学基金项目&))--,-D G 和)-D G ,-E G '资助!作者简介 李石磊!)D <G 年生!天津大学机械工程学院力学系现代工程力学天津市重点实验室研究生!!/*=59%#%//3M 9%/9!)+!;0$="通讯联系人!!/*=59%#a 9K H /9!1F K ;/7K 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,0$3,1'#"*+"所以三者相比!双偏协同构型对应的碳纳米管平面应变传感解析关系!其指定方向应变分量在该方向偏振的频移信息中所贡献的权重最大!即具有最大的传感系数!因此最符合测量需求"实际上!以9为其他角度进行分析也能得到相同结论"()(!应变传感中的拉曼偏振控制技术以上分析可见!基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量!采用起偏与检偏的角度皆能连续控制且保持相互平行的双偏协同构型为佳"实验中!在现有的显微拉曼系统中实现如图)&5'所示的入$散独立调节的双偏控制存在一定困难"原因在于!高度集成化的商用化显微拉曼系统!其可利用的$入射和散射相互独立的光路有限!入射光的起偏器尚可利用激光器出光口的开放空间!而散射光的检偏器则往往只能设在光谱仪内部!一般需要专门定制或自行设计加工!而且实验中大量$经常性的连续检偏调节则需反复开启光谱仪箱体"由于基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量宜于采用双偏协同构型!因此可以利用在显微镜开放槽在入*散射光的公共光路中插入连续调节起偏器!使用图)&?'所示的光路配置方式!实现双偏协同控制!以替代图)&5'所示双偏独立控制的经典方式"其中!连续偏振起偏器是对显微镜配制"E ,)第"期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析的!+-l检偏器进行改造&如图,'!将其上的偏振片替换成与拉曼系统激光频率对应的半波片%正交切换检偏器使用拉曼系统标配附件!并调节至平行检偏模式"图!给出了双偏协同控制的光学原理"设激光器出射的激光初始在其法平面上以垂直方向偏振!沿光传播方向观察并取其法平面上顺时针为正"协同调节入*散射光偏振方向皆为9的操作是#将连续偏振起偏器的半波片快光轴方向调节到与入射光初始偏振方向呈9*,角!正交切换检偏器始终保持平行检偏模式&即检偏方向与入射光初始偏振方向平行'"按照0沿光传播方向观察并取其法平面上顺时针为正1这一规则!入射光经过时半波片的快光轴角度为9*,%返回的散射光经过时半波片的快光轴角度取d9*,"+,-)(!!8<.5,>$5985/885A,:.0$A",68<.5,>.0,8: &5'#!+-l565%4L/2%&?'#($%529L/2(%51/%&0'#M5%J*H5^/(%51/+,-)?!&60,/7/1$C.0,/89/885A,:.0$A",68<.5,>.0,8: &5'#96097/61%9I M1(51M%&?'#30511/296I%9I M1(51M!!如图!&5'!当入射激光经过半波片后!其偏振角度&即偏振方向与入射光初始方向的夹角'变为-j,f&9*,'g9"然后继续前进经由显微镜物镜聚焦入射在被测物体表面"如图!&?'!从被测物体表面背向散射的散射光包含在其法平面内任意方向的偏振!并可通过正交分解得到偏振角度为d9的分量和偏振角度为$*,d9的分量!二者与最终到达被测样片的入射光的偏振方向之间夹角分别为-和$*,"偏振角度为d9的散射光分量为经过半波片时!其偏振方向距离半波片快光轴的夹角为&d9*,'d&d9'g9*,!因此其偏振角度转动至&d9'j,f&9*,'g-!即其偏振方向与入射激光的初始方向平行"而偏振角度为$*,d9的散射光分量经过半波片时!其偏振方向距离半波片快光轴的夹角为&d9*,'d &$*,d9'g9*,d$*,!因此其偏振角度转动至&$*,d9'j, f&9*,d$*,'gd$*,!即其偏振方向与入射激光初始方向垂直"这两个正交的偏振光分量经过检偏器时!偏振角度为-的散射光分量!由于其偏振方向恰与检偏器的检偏方向平行!因而透射通过并进入拉曼摄谱仪"而此时偏振角度为d $*,的分量!由于其偏振方向恰与检偏器的检偏方向垂直而基本被阻挡"这样!到达被测物体表面的入射光其偏振角度为9!而最终进入光谱仪的那部分是发自于被测物体且偏振角度为d9的散射光!二者之间的夹角为d9d&d9'g-!即实现了双偏协同控制"!!如果因使用公共实验平台而无法对系统及其配件进行改造!也可在图)&?'所示配制基础上!无须对显微镜标配的连续调节检偏器(图,&5')进行改造!而直接置于原来,的位置!将搭载半波片的通用型偏光调节架置于激光器)出光口位置!并把D从光路中取出!以此作为替代方法实现双偏连续协同控制"如果所使用系统没有配制正交切换检偏器!则可以将连续调节起偏器和连续调节检偏器同时插入显微镜中的入散射公共光路!也能实现双偏连续协同控制"各自的光学原理与控制方法与图)&?'所示配制的类似"!!实验部分?)*!材料与试件采用固液共混法制备了单壁碳纳米管*环氧树脂复合材料自体薄膜&简称N'C自体膜'"其中!单壁碳纳米管&396I%/ 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D- 在零应变下的起始频移位置都在,+,E0=d)左右 频移增量#8 - #8 E" 及#8 D- 在0X 小于-&<U时保持较好的线性度 对各组数据的线性段部分进行拟合 得出各自斜率分别为d)E&- d"&D和,&+ 此外 当0X超过)U时#8 - #8 E" 及#8 D- 都表现出斜率趋缓 呈非线性变化 分别将-l E"l和D-l带入式 E? 联立求解得出三个平面应变分量的定解方程组为式 "0X#)E5./63$2"#8 - *#8 D-0##)E5./63$2"#8 D- *#8 -6X##!,5./63$2#8 - $#8 D- *,#8 E"91"对式 " 各等式两侧除以0X并代入图+ 5 中的实验结果 得出5./63$2#*)<)"0=*) %#*0#0X#-&!G,6X##-&-!!0X'- + 由式 + 可见实验结果与真实值基本吻合 实验给出的泊松比测量值为-&!G, 与真实值-&!G D比较接近 沿X方向的剪应变仅为0X的!&!U 已趋近于理论值- 认为这是单轴拉伸实验中综合实验误差所致 此外 实验测得N'C自体膜的传感器应变*频移因子为d)<)"0=d)+,-)M!Q.C.:E71,90A.0.8901$95$$E70.:A,:-H G29,<C=,01D:,.X,.<0$:7,<$<8.A,:-";D7,:- . /885A,:.0$A",68<.5,>.0,8:.:A " C8:868<.5,>.0,8:Q.C.:7;70$C!!对单偏控制构型的实验结果进行同上类似处理得出 实测N'C自体膜的应变*频移因子为d)G"D0=d) 泊松比为-&!<" 剪应变为拉伸变形的D&!U 可见实验结果也与真实值基本吻合 但相比双偏协同构型的实验结果则误差偏大 就目前给中常用的研究级显微拉曼系统而言 无论是Z/693M5H使用的徕卡显微镜还是B$29?5]P C M/2=$@93M/2等采用的奥林巴斯的显微镜 或是A91/0使用的蔡司显微镜 均可配置适用于其各自显微镜开放槽的连续调节检偏器且易于改造 因此 针对基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量 双偏协同构型与控制在系统配置方面实现了模块化 实施方式多样且简易 无须专门定制或额外设计 加工 在操作方面偏振调节简单 无须操作者反复走动打开光谱仪GE,)第"期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析箱体 有利于提高实验效率 拓展实验范围 减少对仪器的损伤"!结!论!!针对各种典型的拉曼光谱系统偏振构型 对基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感理论的具体解析关系式进行了推导和对比分析 得出入射与散射光偏振方向皆能够连续控制且始终保持平行的双偏协同构型最适合于平面应变传感 并以此为基础进一步提出了易于实现的双偏协同构型光路配制方式 实验证明 采用所提出的配制方式能够有效的实现基于偏振拉曼的碳纳米管平面应变传感测量Q $9$5$:/$7) !c 9KA [56I PO O 9c ;8((%9/7>M 43903O /11/23 ,--< D , E -E )D -+; , !O 9c [56I PO c 9KA;'56$1/0M 6$%$I 4,-)) ,, ,, ,,"G -E ; ! !A 527P P $K 6I Z] .M 51H /%%Z8;]$K 265%$J:51/295%3.09/60/ ,--E !D ,, +G <); E !>25391M (M $%A P $K 6I Z];]$K 265%$J:51/295%3.09/60/ ,--" E - ,- "!<); " !O /9`[ c 9KA [56I PO ;N $=($391/3>5218 ,--< !D ) ))!; + !O 9KO :5>N _K: /15%;N $=($391/3.09/60/567C /0M 6$%$I 4 ,-), G , )! )"E <; G !\5$P O 9OP C 56>B /15%;N M 96/3/.09/60/V K %%/196 ,-)- "" !" !D G <; < !N $$(/2N8 P $K 6I Z] B 5%35%%:;N $=($391/3>5218 ,--) !, !*E E -); D !N 2$696.V .H 568[ X 6%K:.;>M 43905%Z /^9/HV ,--" G , ! -!"E ,"; )- !@2$I %/4:R `M 5$c A 5I 6/2B R ;>M 43905%Z /^9/HV ,--, +" )) ))!E )!; )) !c9KA [56I PO O /9`[;]$K 265%$J Z 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碳纳米管传感技术的应用研究
碳纳米管传感技术的应用研究一、引言在现代科技的快速发展中，传感技术作为一个重要的领域得到了越来越多的关注。
传感技术通过对物理量、化学量等特定量的测量，将微小的信号转化为电信号，进而实现对多种环境因素的监测、控制和反馈。
随着碳纳米管材料的发现和应用，碳纳米管传感技术应运而生。
本文将围绕碳纳米管传感技术的应用研究展开深入探讨。
二、碳纳米管的特性及其应用潜力碳纳米管是由碳原子经过形成特殊结构的方式所组成的一种新型材料，具有优异的力、热、电学性能。
碳纳米管有着极高的比表面积和空心结构，这使得碳纳米管可以应用于很多领域，如生物医学、电子元器件、环境监测和能源储存等。
(i)生物医学应用在生物医学领域，碳纳米管传感技术可以被用于诊断和治疗多种疾病。
例如，研究人员利用碳纳米管的独特结构和化学特性，成功地研发出检测肿瘤的新型生物传感器。
此外，在药物输送方面，碳纳米管也可以被作为一种递送载体来实现对药物的精准控制和定向释放。
(ii)电子元器件应用碳纳米管也被广泛应用于电子元器件领域。
由于碳纳米管具有优异的导电性和导热性能，可以作为可靠的导电介质来制造高性能电子元器件，如晶体管和场效应晶体管。
(iii)环境监测应用由于碳纳米管的大比表面积和优异的化学活性，它们也可以被用于环境监测领域。
例如，利用碳纳米管传感技术可以实现对有害气体和化学物质的快速识别和定量分析，有助于提高环境监测的准确性和效率。
(iv)能源储存应用碳纳米管也可以作为一种高效的能源储存材料，具有广阔的应用前景。
与传统的材料相比，碳纳米管具有更高的电容和储能密度，而且还具有较高的电导率和导热率，这使得碳纳米管成为了制造高性能超级电容器和锂离子电池的理想材料。
三、碳纳米管传感技术的工作原理碳纳米管传感器通常分为两种类型：基于电学特性的传感器和基于光学特性的传感器。
基于电学特性的传感器是通过电学测量来检测被检测物质的浓度。
而基于光学特性的传感器是通过测量光信号的变化来检测被检测物质的浓度。
振动传感器的新材料与新技术研究进展
振动传感器的新材料与新技术研究进展振动传感器是一种用于检测和测量物体振动的装置，广泛应用于工业生产、结构监测、医疗诊断等领域。
随着科技的不断进步，振动传感器的材料与技术也在不断更新和发展。
本文将探讨振动传感器领域的新材料与新技术的研究进展。
一、纳米材料在振动传感器中的应用纳米材料因其优异的力学、电学、热学性能，以及尺寸效应等特点，成为振动传感器领域的研究热点。
石墨烯作为典型的二维纳米材料，具有极高的强度和导电性，可用于制备高灵敏度的振动传感器。
石墨烯基振动传感器不仅具有快速响应速度，还能够实现对微小振动的高灵敏度检测。
此外，碳纳米管、二维过渡金属硫化物等纳米材料也在振动传感器中得到了广泛应用，为传感器的性能提升和多功能化提供了新思路。
二、MEMS技术在振动传感器中的应用微电子机械系统（MEMS）技术是一种将微米尺度的电子器件与机械器件集成在一起的技术，已成为振动传感器制备的重要手段。
基于MEMS技术制备的振动传感器具有体积小、重量轻、功耗低的特点，适用于嵌入式系统和便携式设备中。
利用MEMS技术，可以实现对振动信号的高精度采集和处理，为工业生产中的振动监测与控制提供了有效手段。
同时，MEMS技术还为振动传感器的多参数检测提供了可能，例如温度、压力等参数与振动信号的耦合检测。
三、机器学习在振动传感器数据分析中的应用随着人工智能技术的不断发展，机器学习在振动传感器数据分析中的应用日益广泛。
通过对振动信号进行数据采集和训练，结合机器学习算法，可以实现对振动信号的智能识别与分析。
例如，利用深度学习算法，可以实现对机械设备振动信号中的故障特征进行提取和诊断，实现对设备状态的实时监测与预警。
此外，机器学习还能够通过对振动数据的模式识别，帮助优化振动传感器的设计和性能，提高其在复杂环境下的适应能力。
结语振动传感器的新材料与新技术研究进展为传感器的性能提升和应用拓展提供了重要支撑。
纳米材料的应用、MEMS技术的发展以及机器学习在数据分析中的应用，将进一步推动振动传感器技术的创新与发展，为实现智能制造、智慧城市等领域提供更加可靠的技术支持。
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碳纳米管质量传感器振动特性研究陈越;李明林【摘要】基于欧拉－伯努利梁理论对单壁碳纳米管质量传感器的振动特性进行研究。
分别考虑悬臂梁式和两端固定式碳纳米管质量传感器，研究吸附质量对其谐振频率漂移的影响。
推导出任意位置的吸附质量下，碳纳米管质量传感器的等效刚度、等效质量和谐振频率的解析表达式，推导出传感器的非线性应用方程及其简化形式。
在特定位置下吸附质量对不同长度碳纳米管谐振频率的影响进行了研究。
数值仿真结果表明，对于不同的边界约束和特定的吸附位置条件下，吸附质量越大、碳纳米管的长度越短，导致的碳纳米管频率漂移越大。
对于8 nm长的碳纳米管，在悬臂式约束下，吸附质量越远离固定端，引起的频率漂移越大。
而在两端固定约束下，则是吸附质量越靠近固定端，频率漂移越大。
揭示了传感器的谐振特性，有助于促进碳纳米管在纳机谐振器领域的推广应用。
%Vibrational properties of single-wal ed carbon nanotubes ( SWCNTs) as a mass sensor is examined using Euler–Ber-noul i beam theory based approach. ln order to figure out how the attached mass affects the resonant frequency of the carbon nano-tube resonators, the resonators both in bridged and in cantilevered configurations are studied. Firstly, analytical formulas of equiva-lent stiffness, equivalent mass and resonant frequency are developed for CNT-based nanoresonators with attached mass at any lo-cation. ln addition, a simplified form of the nonlinear sensor equation and image analysis of the relationship among load location, the attached mass and resonant frequency have been investigated. Then for different lengths of SWCNTs, the influence of the attached mass in a specific location on the resonantfrequency has been derived. The simulation results indicate that in the condition of differ-ent boundary constraints and the specific adsorption location, the heavier attached mass and shorter carbon nanotube is,the greater frequency drift wil be. As for the nanotube of 8nm, the attached mass which is farther away from the fixed boundary causes the grea-ter frequency drift in cantilevered. While the attached mass closer to the fixed boundary causes the greater frequency drift in bridged. The results il ustrate that the new vibrational properties can be used for CNT-based mass sensors for further promote application.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P171-175)【关键词】单壁碳纳米管;质量传感器;欧拉-伯努利梁理论;谐振频率【作者】陈越;李明林【作者单位】福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350108;福州大学机械工程及自动化学院，福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TP212近20年来，微纳米悬臂梁作为一类新型的传感器已在物理、化学和生物等领域获得广泛的关注和研究。
其发展目标之一是不断提高和突破对待测物理量的检测极限。
例如，1994年Barnes[1]就首次用微米复合悬臂梁将传统热量计的检测极限由约10-8W提高到10-10W量级。
2000年，Fritz[2]首次展示利用硅微米悬臂梁阵列检测单个碱基错配的试验范例，其检测浓度极限可达10-8 Mol。
2001年，Ilic[3]根据质量吸附引起硅微米悬臂梁谐振频率的漂移测出单个E.coli细菌的质量(665×10-12 g)。
随着悬臂梁尺寸的缩小，特别是碳纳米管的引入，使得单个原子质量分辨率的检测能力得以提高[4-6]。
然而，关键的问题是如何定量描述待测物理量与系统频率响应之间的关系。
考虑到碳纳米管的尺度效应，Hwang[7]研究团队针对多种质量吸附方式，利用分子动力学模拟研究了碳纳米管谐振运动的漂移效应。
作者团队[8]也曾利用分子结构力学方法和分子动力学模拟方法研究过苯环分子吸附在碳纳米管外壁时引起的谐振频率漂移特性。
考虑到工程应用的实用性，基于欧拉-伯努利梁理论的碳纳米管谐振运动方程具有简洁的解析表达式，Chowdhury[9]等人推导出特定吸附位置下，碳纳米管谐振特性与吸附质量间的实用性工程应用关系。
然而，吸附位置的变化对谐振频率漂移影响则尚未得以深入研究。
文中以碳纳米管作为传感器检测吸附质量大小，质量检测的原理是谐振频率对谐振器质量(谐振器质量包括谐振器自身质量和附加物质量)变化的敏感性，谐振器上附加微小质量的改变引起其频率漂移。
对于吸附物引起碳纳米管固有谐振频率变化的研究，连续体力学模型常将附着物的质量等效为作用于梁上的外加载荷[8]，现将以悬臂式和两端固定式单壁碳纳米管分别进行研究，运用连续介质力学理论推导出任意位置的吸附质量下，碳纳米管质量传感器的等效刚度、等效质量和谐振频率的解析表达式，并推导出传感器的非线性应用方程及其简单线性近似和立方近似。
此外，对碳纳米管长度在1nm～1μm范围内，特定位置的吸附质量对谐振频率的影响进行研究。
此理论研究工作将为纳机械质量传感器的器件设计和性能优化提供必要的理论指导。
连续体介质理论在研究单壁碳纳米管中得到广泛的运用,连续介质力学模型常将附着物的质量等效为作用于梁上的附加载荷，适用于本研究模型。
为了得到附加质量的简单解析表达式，应用欧拉-伯努利理论把单壁碳纳米管简化为梁模型，自由振动的运动方程为：式中：E为杨氏模量，I是截面二次矩，ρ和S分别为材料的密度和截面积。
根据单壁碳纳米管的边界条件和附加质量位置，可以推导出系统的谐振频率。
在此只考虑基频，可以描述为：其中：keq和meq分别为一阶振动形式单壁碳纳米管上吸附质量的等效刚度和等效质量。
有吸附质量与无吸附质量时，系统产生的频率漂移情况将被研究。
1.1 吸附质量位置在距固定端长度为a的悬臂梁式单壁碳纳米管假设吸附质量为M，碳纳米管长度为L，吸附质量位置距固定端长度为a，如图1，给定在附加质量位置的一个虚拟力，使碳纳米管产生一个单位位移。
这种假设可见于文献[10]。
梁模型挠曲线方程为：令吸附质量作用下产生的挠度为单位长度1，此时等效刚度为：在y轴方向的位移方程为：将梁的位移曲线方程Y(x)作为近似振型，假设简谐运动y(x,t)=Y(x)exp(iω0t),ω0为系统的固有角频率,则得出系统的动能为：可得出等效质量为：代入方程(2),可得出谐振频率为：其中当没有吸附质量，也就是式(6)中ΔM=0时，结合式(6)式(7)，谐振频率可以写为：1.2 吸附质量位置在距左端长度为a的两端固定梁式单壁碳纳米管假设吸附质量为M，碳纳米管长度为L，吸附质量位置距左端长度为a，如图2，给定在附加质量位置的一个虚拟力，使碳纳米管产生一个单位位移。
这种假设可见于文献[10]。
梁总长度L=a+b，此结构为二次超静定结构，把固定端A看成由一个支反力RA 和一个弯矩MA合成，A端处挠度和转角都为零。
在距A端x3处的界面挠度方程为：在距A端x4处的界面梁模型挠度方程为：令载荷作用下产生的挠度为单位长度1，此时等效刚度为：在y轴方向的位移方程为：Y2(x)=-代入b=L-a,得出动能为:等效载荷为:代入式(2)可得出谐振频率为：其中：当没有吸附质量，也就是方程(12)中ΔM=0时，f0m通过以上方程可以得到由于频率改变而测出附加的质量大小。
本节推导了通过单壁碳纳米管频率变化检测吸附质量大小的一般表达式，一般表达式的推导有助于促进碳纳米管在纳米机械谐振器领域的进一步推广应用。
结合式(7)式(8)，频率变化可以描述为：由此可以得出：此方程反映了频率变化与吸附质量之间的关系。
把式(14)泰勒展开可得：因此，保留第一项和保留前3项就变成线性近似和立方近似：单壁碳纳米管吸附质量与频率变化之间的关系如图3。
式(15)中的精确解将与式(16)线性近似和式(17)立方近似对比分析。
由图3可知, 任意位置的吸附质量的质量与频率变化关系图3(a)与吸附质量位置在端点和中点的质量与频率变化关系图3(b)图形基本一致。
综上可知，无量纲常数α与边界条件有关，悬臂式与两端固定式单臂碳纳米管有着相似的质量与谐振频率变化规律，并且不同位置的吸附质量有着相同的质量与谐振频率变化规律。
3.1 悬臂梁式单壁碳纳米管模型3.1.1 吸附质量在距固定端长度为a的位置选取的单壁碳纳米管主要参数如下:E=1.0TpaL=8nmρ=2.24g/ccD=1.1nmd=0.5nm谐振频率方程为:把选取参数代入后,以a为x轴,范围是1～8nm(因为0～1nm范围内梁模型误差较大，并且在微观环境下极其靠近固定端时附加载荷位置难以控制。
以下模型的长度范围选择依据同上),步长为0.08nm;以M为y轴,范围是0～8×10-22kg,步长为8×10-25kg,得出的位置a、质量M与频率变化Δf之间的关系如图4:从图4中可以看出，当碳纳米管长度为8nm时，位置a、质量M的改变对频率Δf影响明显，且随着a、M的增大Δf的值增大，在自由端处达到最大值,即吸附质量加载在自由端,频率变化量最大,最佳测量位置即灵敏度最高的位置为自由端。