2024年, 第45卷, 第6期　
刊出日期：2024-12-10

  

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综述
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  柔性电子赋能的智能人机交互系统：现状、优势与挑战^*

  龚道军, 王学文

  微处理机. 2024, 45(6): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.001

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  柔性电子赋能的智能人机交互系统,相较于传统电子器件,展现出卓越的柔韧性和适应性,满足人机交互的多样化需求。本文旨在全面梳理柔性电子在智能人机交互系统中的研究现状,深入剖析柔性电子在人机交互领域的优势,同时总结并指出柔性电子在人机交互领域的机遇与挑战,并进一步展望柔性电子赋能的智能人机交互系统的未来发展趋势,为后续的技术研发与实际应用提供坚实的理论指导。
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  机器学习辅助柔性传感器在轴承智能监测中的应用进展

  董文涛, 张明广, 黄永安

  微处理机. 2024, 45(6): 11-22. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.002

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  对轴承的传统监测方法受限于外部电源且布线复杂,增加了安装和维护的难度,难以适应狭小或恶劣的环境。柔性传感器和机器学习相结合的新技术,显著提升了轴承智能监测的灵活性、准确性和实时性,为轴承智能监测提供了新的解决方案。本文总结了基于机器学习和柔性传感器在轴承智能监测中的研究进展,从柔性传感器工作原理、结构设计、机器学习等方面展开,阐述轴承智能监测的重要性,分析轴承智能监测技术的发展动态,探讨基于柔性传感器的智能轴承发展趋势,有助于提升轴承智能化监测水平。
研究
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  基于应变调控的柔性紫磷烯量子输运特性研究^*

  王怀鹏, 谢丹

  微处理机. 2024, 45(6): 23-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.003

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  本文研究了应变调控对紫磷烯量子输运特性的影响。基于对紫磷烯在柔性电子器件领域的研究背景和应用前景的阐述,采用第一性原理计算方法,系统地研究了紫磷烯的应变调控机理。通过建立不同应变条件下的电子输运模型,重点分析了应变对能带结构、电子密度和态密度的影响规律,进而验证了紫磷烯在不同方向应变下表现出的显著的各向异性特征。研究为紫磷烯在柔性电子和传感器领域的应用提供了理论基础,证实了应变工程在调控紫磷烯电学性能方面的重要作用。
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  柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管的制备与特性研究

  刘思成, 谢丹

  微处理机. 2024, 45(6): 27-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.004

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  针对柔性场效应晶体管直接在柔性衬底上进行器件制备时的机械损伤问题,提出一种基于无损转移法的柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管制备方法。器件的微纳加工过程完全在刚性衬底上完成,再通过液相法转移到柔性衬底上,可以有效避免器件制备过程引入的应力对性能的损伤。实验结果表明,转移至PET衬底上的柔性有机铁电栅石墨烯场效应晶体管仍具有典型的铁电滞回特性,且滞回窗口大于20 V。经过1 000次弯折之后,器件的滞回窗口仅有约14%的降低,证明了所制备柔性石墨烯晶体管器件具有优异的耐弯折特性。本研究可为柔性可穿戴电子系统的研制提供研究方案与解决问题的思路。
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  基于二维密度法的电-热耦合拓扑优化分析

  徐妍彦, 谢斌, 陈明祥

  微处理机. 2024, 45(6): 31-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.005

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  本文研究了基于SIMP密度法的电-热耦合拓扑优化问题。首先建立了SIMP密度模型,分析了电热耦合系统中的物理关系和优化目标。在模型建立过程中,重点考虑了材料的导热系数、电导率、对流换热系数等关键参数,并引入了自适应过滤半径的概念。研究表明,密度模型的选择、焦耳热的产生与分布以及目标函数的设定对优化结果有显著影响。通过对比不同过滤半径（0.2 mm、0.4 mm和0.8 mm）优化后的结构,分析了各参数对温度分布和结构性能的影响。实验结果表明,合理的过滤半径选择可以有效改善结构性能,降低温度标准差。本研究为电-热耦合系统的设计优化提供了理论基础和实践指导。
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  基于柔性LCP基板的小型化三通带集总参数滤波器设计^*

  刘维红, 赵苗

  微处理机. 2024, 45(6): 37-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.006

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  本文基于柔性液晶高分子聚合物基板优异的微波特性,设计并实现了一款小型化三通带带通滤波器。通过在多层LCP基板中采用立体布局,创新性地运用垂直螺旋电感和垂直叉指电容结构,实现了滤波器的小型化设计。研究重点分析了多层螺旋电感设计和垂直叉指电容设计的关键技术,并对缺陷地结构的影响进行了深入探讨。测试结果表明,该滤波器具有体积小、性能优的特点,测量结果与仿真结果吻合度高,为小型化通信系统的发展提供了新的技术方案。
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  石墨烯柔性温度传感单元及可靠性研究

  康敏, 赵鹤然, 孔祥旭, 李俐莹, 曹中复

  微处理机. 2024, 45(6): 43-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.007

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  本文研究了基于石墨烯的柔性温度传感器的制备工艺与性能特性。首先阐述了石墨烯柔性温度传感器的工作机理,继而探讨了以聚二甲基硅氧烷为基底材料、石墨烯为导电介质的传感单元制备方法。通过优化石墨烯浆料配方并采用丝网印刷工艺,成功制备了柔性温度传感单元。随后对传感单元进行了系统的性能测试,包括电阻-温度特性分析和温度循环稳定性评估。实验结果表明,所制备的传感单元在电阻温度特性、循环稳定性等方面均表现出良好的性能,具备工业级应用的潜力。本研究为石墨烯柔性温度传感器的实际应用提供了重要的技术支持。
应用
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  轻量化柔性化技术在智能应急消防可穿戴设备中的应用

  严义君, 赵鹤然, 关山飞, 刘笛

  微处理机. 2024, 45(6): 47-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.008

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  随着现代应急消防向智能化、多功能化和小型化方向发展,可穿戴设备需同时满足舒适性和轻量化要求,以应对突发事件中的不确定性和场景复杂多样性。本文以智能红外AR消防面罩为例,详细阐述了其设计与实现方法,分析了应急消防过程中的痛点问题。重点探讨了柔性电子、微纳集成、多模态网络通信和人工智能等关键技术在可穿戴消防装备中的应用。研究表明,这些新型技术的融合应用可显著提升消防装备的智能化水平和实用性能。本文的研究成果为智能应急消防可穿戴设备的发展提供了技术支持和创新思路。
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  面向智慧农业的叶片传感单元设计与研究

  王新悦, 周明, 李浩, 周晨阳

  微处理机. 2024, 45(6): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.009

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  为应对智慧农业快速发展对传统传感技术在集成度、成本及工作性能等方面的全方位挑战,更好地监测叶片温度,设计一套基于后向散射的射频识别系统。通过分析植物叶片温度调节的生理机制,设计相应的温度传感单元。深入研究散射面结构及工作原理,提出具体的结构设计方案,并利用仿真分析验证设计的可行性,重点考察了添加温敏材料后散射面的性能特征。在系统测试中,完成了阅读器天线的设计与制作,分别在空旷环境和实际植物叶片表面进行了测试验证。通过实验,成功验证了所设计散射面传感单元的谐振特性。研究为植物生理状态监测提供了一种新型无源传感方案,具有较好的应用前景。
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  面向智慧农业的温室植物可穿戴浅表体温传感器

  李俐莹, 郭丹, 李宏军, 周明, 王伟

  微处理机. 2024, 45(6): 58-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2279.2024.06.010

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  柔性传感器能够无隙贴覆在非平整被测物表面的特点,使其在信息、能源、医疗、国防、农业等领域具有广泛的应用前景。本文制备了一种具有正电阻温度系数的石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料,并用此材料制备了一种柔性温度传感器。石墨烯/PDMS传感器在 15~80 ℃ 的温度范围内成线性正电阻温度系数,线性系数0.049,拟合度较好,具有良好的重现和稳定性,其电阻波动较小,在0.05%-0.08%范围内,在高湿度环境下也能良好测温。测试了柔性温度计在植物中应用的可靠性。基于石墨烯/PDMS的柔性温度传感器,能够实现植物叶温测量的应用,在智慧农业精准测温领域具有巨大潜力。