检索结果-南通市图书馆

作者：刘贤龙厦门大学

学位级别：硕士

压气机叶片是发动机的关键零部件,叶片表面的流动状态可以直接反应叶片的工作状态,因此压气机叶片表面的流场测量就显得尤为必要。叶片表面流场测试的常用方法——高频压力传感器、MEMS风速计、电子蒙皮和光学测量等技术,难以满足高频... 详细信息

压气机叶片是发动机的关键零部件,叶片表面的流动状态可以直接反应叶片的工作状态,因此压气机叶片表面的流场测量就显得尤为必要。叶片表面流场测试的常用方法——高频压力传感器、MEMS风速计、电子蒙皮和光学测量等技术,难以满足高频、高温、无扰动、高流速、原位测量。基于辉光放电的等离子体传感技术可以实现大量程的流场测量,同时对温度变化不敏感、频率响应快,因此可以满足压气机静、动壁面流场的测试要求,本文把薄膜传感技术与等离子体风速测量技术相结合,实现传感—结构一体化制作,突破叶片表面传感器安装困难,探索等离子体风速测量技术应用于壁面流场测量的可行性。主要研究工作如下:(1)提出使用基于辉光放电的流速测量原理对表面流场进行测量并进行了实验验证。使用DBD结构的风速计调整等离子场进行了等离子体薄膜风速计原理的验证。使用50μm的铜箔作为电极并将等离子场的高度提高至200μm,完成了 0-50m/s的风速测量,实验验证了使用上述原理测试表面流场的可行性。(2)使用溅射的方法将ITO电极沉积到氧化铝基底上,进行了参数对传感器性能影响的探究。确定了电极间隙、电极宽度、传感器初始电流对传感器的影响。(3)在不同基底上进行了传感器的制备并进行性能测试。在氧化铝基底,镍基合金基底以及压气机叶片上沉积了传感器,使用前文探究的参数进行了静态流速标定、紊流测量、寿命测量,表明了该方法应用于压气机叶片表面流场测量的可行性。综合实验结果来看,基于辉光放电的等离子体薄膜传感器可用于压气机叶片等微小曲面的表面流场测量,同时具有测量边界层流速的潜力。

关键词：薄膜风速计边界层等离子体风速计

含PCL纤维支架与机械激励的心肌组织芯片研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

含PCL纤维支架与机械激励的心肌组织芯片研究

作者：屠文昌厦门大学

学位级别：硕士

心肌组织芯片是结合组织工程与微流控技术,在体外培育心肌组织用于科学研究的微流控芯片。传统体外静态培养的心肌细胞,难以获得良好的取向分布,结构形态与真实心肌差异较大,组织性能孱弱,细胞成熟度低。针对上述问题,本文提出将PCL电... 详细信息

心肌组织芯片是结合组织工程与微流控技术,在体外培育心肌组织用于科学研究的微流控芯片。传统体外静态培养的心肌细胞,难以获得良好的取向分布,结构形态与真实心肌差异较大,组织性能孱弱,细胞成熟度低。针对上述问题,本文提出将PCL电纺纤维支架与片上机械激励应用于心肌组织芯片,研究支架制备工艺与激励结构制造方法,制备一款动态培养的集成化芯片,为心肌细胞体外培养提供新平台。论文主要研究工作和结果如下:(1)分析心肌组织芯片应用需求,采用静电纺丝工艺制备细胞支架,选择PCL作为支架材料;采用负压驱动PDMS薄膜作为片上机械激励方案,选择细长梁弯曲结构实现激励效果;设计芯片整体结构,明确芯片制造流程,制定芯片一体化工艺路线;通过优化工艺将弹性薄膜透光度从提升至78.06%。(2)探索PCL静电纺丝工艺参数,制备均匀连续的电纺纤维;测得支架弹性模量2.71±0.32MPa,能承受30%拉伸应变;探究基底结构对纤维支架的影响,通过实验测得沟槽结构上细胞活性比平面结构高39.91%,比架空结构高73.68%;探究支架孔隙率对细胞培养效果的影响,总结孔隙率与电纺时间之间的关系,通过对比细胞生长状况选择80%孔隙率的纤维支架。(3)通过对芯片结构进行力学仿真,探讨结构尺寸对薄膜拉伸幅度的影响;制备气动拉伸薄膜,测试其力学性能,得到弹性模量2.49±0.28 MPa,极限应变为114.8%;搭建片上激励软硬件配套系统,测试心肌芯片的拉伸性能,得到芯片拉伸幅度与负压大小间的关系,明确片上拉伸应变极限约为20%;通过拉伸试验验证在长时间(12天)、大应变(20%)、高频率(1Hz)的机械激励下,芯片激励系统的可靠性与稳定性。(4)开展心肌细胞片上培养实验,检验纤维支架对细胞的黏附、支撑作用,验证支架对细胞排列取向的积极影响;证明了机械激励对肌节特征的改善效果,对比了不同拉伸幅度下特异性蛋白的基因表达,证明机械激励对其的促进作用;通过长时间培养与激励实验,验证了心肌芯片的可靠性与稳定性。本文通过研究PCL电纺纤维支架及片上PDMS可动薄膜的制造方法,总结了相关制造工艺流程与技术方案,最终制备出一款集成了纳米纤维细胞支架与片上机械激励结构的心肌组织芯片,并通过细胞培养实验验证了其功能性与可靠性。通过上述研究,本文初步改善了心肌细胞在体外培养时取向杂乱、性能孱弱、成熟度低等问题,为在体外获取更真实的心肌组织提供了一个新平台,也对促进器官芯片技术的发展与研究贡献了一种新方案。

关键词：心肌芯片静电纺丝纤维支架机械激励

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

钛合金基底ITO薄膜应变计制备及性能研究

钛合金基底ITO薄膜应变计制备及性能研究

作者：杨涛厦门大学

学位级别：硕士

航空发动机压气机叶片服役于高温、高压和高线速度等复杂工况,叶片表面极易产生疲劳裂纹、甚至断裂等故障,因此实现压气机叶片应变信息的实时监测对发动机健康管理和优化设计具有重要意义。本文基于磁控溅射工艺,在氧化铝绝缘基底上系... 详细信息

航空发动机压气机叶片服役于高温、高压和高线速度等复杂工况,叶片表面极易产生疲劳裂纹、甚至断裂等故障,因此实现压气机叶片应变信息的实时监测对发动机健康管理和优化设计具有重要意义。本文基于磁控溅射工艺,在氧化铝绝缘基底上系统探究了 ITO薄膜应变计的制备工艺,并在TC4钛合金基底上开发出NiCrAlY过渡层、氧化铝绝缘层和ITO敏感层的多膜层体系,研制了钛合金基底结构功能一体化的ITO薄膜应变计。1.采用磁控溅射工艺在氧化铝绝缘基底上系统探究了溅射功率、溅射气压和热处理时间对ITO薄膜电学及应变性能的影响。随溅射功率的增大,薄膜团聚现象得以改善,电阻率先减小后增大,应变响应稳定性逐渐增强;随溅射气压的增大,薄膜内应力增大,经高温热处理后薄膜致密度降低,应变响应稳定性变化不显著,电阻漂移率逐渐增大;随热处理时间的增加,薄膜结晶度先增强后减弱,电阻率先减小后增大,应变响应稳定性先提高后减弱。综合考虑薄膜电阻率、应变系数、应变循环响应一致性和电阻漂移率等因素,获得ITO薄膜应变计的最优制备参数:热处理时间20小时、溅射功率200W、溅射气压0.5Pa。基于最优参数制备的ITO薄膜应变计常温应变系数为-3.7,常温空载电阻漂移率为0.22‰h-1,室温至600℃电阻温度系数为-50～-112ppm/℃,100℃至500℃下的应变系数为-3.7至-15.9。2.采用磁控溅射及等离子体热喷涂技术,在TC4钛合金基底制备了 NiCrAlY过渡层和氧化铝绝缘层。在560℃保温40分钟测试条件下,最小绝缘电阻为247MΩ,由绝缘层引起的测试误差仅为0.0046‰。粗糙的α-Al2O3基底更有利于ITO薄膜的结晶,导致其应变系数大于绝缘基底的应变系数,150℃、200℃、300℃、400℃、500℃下测得的应变系数为-75、-60、-27、-23、-21。由于氧化铝绝缘层高温绝缘电阻的衰减,导致金属基ITO薄膜应变计应变系数随温度上升逐渐减小。3.采用丝网印刷技术及绝缘浆料制备了 ITO敏感层的保护层,隔绝了氧气与薄膜的相互作用,使得ITO薄膜电阻温度系数稳定在-226ppm/℃,重复性误差较小为2%。通过时效处理,ITO薄膜的结晶情况发生改变,导致其压阻特性发生改变,拉伸应变系数为-3.54,压缩应变系数为-2。本文通过系统研究溅射工艺参数及热处理对ITO薄膜电学性能的影响,获得最优制备参数,并制备绝缘基与金属基ITO薄膜应变计,对其进行室温至600℃全温度段电阻温度系数及室温至500℃全温度段高温应变测试。通过上述研究,本文初步解决金属基底高温绝缘与电阻温度系数重复性等研究难题,对航空发动机、燃气轮机等关键部件基于应变测试的健康检测具有一定的指导意义。

关键词：薄膜应变计 ITO TCR 磁控溅射应变系数

SiC-LC谐振式无线高温压力传感器的研制

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

SiC-LC谐振式无线高温压力传感器的研制

作者：杨龙厦门大学

学位级别：硕士

高温压力传感器在航天、航空、国防建设、能源开发等领域有广阔应用需求。传统硅材料在高于200℃后机械/电学性能均受到较大影响,无法满足高温应用要求。另一方面,传统高温传感器引线会导致电源、信号电路的温度升高问题,基于LC谐振的... 详细信息

高温压力传感器在航天、航空、国防建设、能源开发等领域有广阔应用需求。传统硅材料在高于200℃后机械/电学性能均受到较大影响,无法满足高温应用要求。另一方面,传统高温传感器引线会导致电源、信号电路的温度升高问题,基于LC谐振的无线传感器能实现非接触式测量,达到电性连接、调理电路与高温热源之间物理隔离,提高传感器工作温度和稳定工作时间。因此,本论文提出一种SiC-LC谐振式无线高温压力传感器,主要研究工作如下:(1)根据LC谐振测量原理设计电感内置及电感外置两种敏感元件的结构方案,采用Silvaco软件对本体电容进行对比分析,得出电感内置结构具有本体电容小、谐振信号易于检测、制备工艺难度更低等优势。基于电感内置方案优化电感值及电阻值,并确定电学结构几何尺寸。利用COMSOL对敏感结构进行力-电-热多物理场仿真,针对感压膜厚、密封腔高度等压力敏感结构尺寸进行仿真优化,确立传感器整体尺寸。(2)对高温电感制备进行探究,分别制作金、铂、镍单层电感及金-镍-金、金-铂多层电感并比较其高温性能,讨论阳极键合应用在SiC及BF33上的可能性。在单项重难点工艺研究基础上确定了敏感芯片制备工艺流程,运用光刻、金属沉积、ICP刻蚀、电镀、剥离、阳极键合、减薄等MEMS工艺,完成敏感芯片圆片级制备,划片后整体尺寸为11mm×11mm×0.65mm。(3)对制备敏感芯片进行筛选、测试。搭建压力测试平台,对敏感芯片常温状态的压力-谐振频率进行测试,常温下灵敏度均大于94.8 Hz/Pa,最大耦合距离为6mm,具有较高的灵敏度与较好的片内重复性。在此基础上,完成敏感芯片的AlN封装,并对传感器进行高温性能研究,最高测试温度达到450℃,非线性度为1.41%、迟滞为0.57%、重复性为2.55%、相对不确定度为3.66%。

关键词：高温压力传感器 LC谐振 SiC

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

螺旋桨式船舶主动减摇系统设计及实验研究

螺旋桨式船舶主动减摇系统设计及实验研究

作者：张帅厦门大学

学位级别：硕士

在海浪中航行的船舶,受到风、浪、海流等因素的影响,会产生六个自由度的运动:横摇、横荡、纵摇、纵荡、艏摇、垂荡。如果对这些运动控制不当,会引起船舶姿态失稳,危及船舶航行以及船内人员的安全。在这些运动当中,以横摇运动影响最为剧... 详细信息

在海浪中航行的船舶,受到风、浪、海流等因素的影响,会产生六个自由度的运动:横摇、横荡、纵摇、纵荡、艏摇、垂荡。如果对这些运动控制不当,会引起船舶姿态失稳,危及船舶航行以及船内人员的安全。在这些运动当中,以横摇运动影响最为剧烈,所以对于船舶减摇来说,如何减少该现象的发生成为了船舶运动控制领域的一大热门研究方向。本文在综述国内外减摇方式的基础上,提出了一种基于螺旋桨推力产生回复力矩的新型主动式船舶减摇系统,通过仿真分析建立了目标船体的横摇模型并初步验证了该减摇系统的减摇性能,在对整个“实船—减摇装置”进行了有限元强度分析的基础上进行了减摇实验,实际验证了该减摇系统的减摇效果。主要工作如下:（1）仿真分析了目标船体的横摇及减摇效果。建立了海洋环境,进行波能谱研究计算,继而进行波倾角的仿真,得到不同角度下的波倾角曲线图;建立了目标船体的横摇运动数学模型,结合已建立的波倾角曲线,经过目标船体的传递函数,从而得到目标船体在零航速时的横摇仿真曲线,并根据控制系统得到在不同浪向角下的减摇前后对比曲线。（2）进行了船舶主动减摇装置设计并计算分析了整体结构强度。针对水池实验中的木质船模和海上实验中的实船各设计了一套基于螺旋桨的船舶主动减摇装置。为保证海上实验的安全性,依据等效设计波的原理,分五种极端工况对“实船—减摇装置”为整体进行了有限元强度计算分析,保证了“实船—减摇装置”整体在极限海浪工况下的结构强度。（3）进行了减摇装置性能实验与分析。分别进行了水池实验和海上实验。水池实验验证了在静水零航速规则横摇下的减摇效率,船模前后横摇的角度由10°左右降到2°以内,此时减摇效率约为80%;海上实验验证了在0-5 kn航速下的减摇效率,实船前后横摇的角度由5°降到2°左右,此时减摇效率约为50%。实验证明,该减摇方式具有较好的减摇效果。

关键词：横摇运动耐波性性能实验

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

非常态环境下硅微谐振器的谐振特性研究

非常态环境下硅微谐振器的谐振特性研究

作者：王小萍厦门大学

学位级别：硕士

随着微器件的商业化,非常态工作环境成了影响器件高精度与可靠性获得的重要因素。作为这些微结构的核心元件,微谐振器在非常态环境下的谐振特性研究变得越来越重要。本论文以微谐振器为研究对象,设计温度敏感与阻尼敏感两类谐振器结构,... 详细信息

随着微器件的商业化,非常态工作环境成了影响器件高精度与可靠性获得的重要因素。作为这些微结构的核心元件,微谐振器在非常态环境下的谐振特性研究变得越来越重要。本论文以微谐振器为研究对象,设计温度敏感与阻尼敏感两类谐振器结构,从理论推导、建模仿真与实验验证三方面研究微谐振器谐振频率的温度变化规律,以及系统阻尼与真空关系。主要研究内容和成果如下： 1)简述典型支撑梁固有频率的温度系数模型,梳理支撑梁温度敏感参数,分析温度影响支撑梁固有频率的规律性机制,并以此作为设计目标,对典型支撑梁进行结构参数化仿真。仿真结果表明：在温度环境作用下,直脚梁、蟹脚梁与折叠梁支撑结构的谐振频率都随温度增高而线性减小;梁的刚度越大,其温度敏感度越大;相比而言,折叠梁的应力释放能力最强;2)对谐振器在不同真空度下的能量损耗进行分析,建立了品质因子与真空度的理论模型,制定了考察方案,设计了不同数量阻尼齿的谐振器。由分析可知,品质因子随真空度增加而降低;低真空环境下谐振器主要能量损耗源于空气阻尼,而在高真空下则源于锚点损耗、材料损耗等;3)根据设计谐振器的结构特点,制定了整体工艺流程,完成相关关键工艺研究,实现温度敏感与阻尼敏感结构的制备;4)搭建温度测试平台,完成典型温度敏感结构的温度敏感度相关测试。测试结果表明,温度敏感结构的温度敏感度变化趋势与仿真结果基本一致。从有限元仿真与工艺误差两方面入手,分析发现测试结果与仿真结果之间的误差主要源于刻蚀加工和固支形式的变化;5)搭建真空测试平台,通过测试得到阻尼敏感结构品质因子与真空度的关系曲线。理论与实验对比可知,两者在低真空段较为吻合,且谐振器品质因子随着阻尼齿的增多以及支撑梁梁宽的变大而减小。

关键词：微谐振器非常态环境温度敏感度能量损耗

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于电纺纳米纤维的锂电隔膜研究

基于电纺纳米纤维的锂电隔膜研究

作者：邱小椿厦门大学

学位级别：硕士

隔膜置于锂离子电池正负极之间,即可防止正负电极直接物理接触,也为锂离子提供正负电极间的传输通道。它的结构严重影响电池界面结构和内阻等。电纺纳米纤维膜以其高孔隙率特质在锂离子电池应用中大大提高电池性能,未来将成为隔膜的主... 详细信息

隔膜置于锂离子电池正负极之间,即可防止正负电极直接物理接触,也为锂离子提供正负电极间的传输通道。它的结构严重影响电池界面结构和内阻等。电纺纳米纤维膜以其高孔隙率特质在锂离子电池应用中大大提高电池性能,未来将成为隔膜的主要形式之一,但其力学强度和安全性方而依旧存在不足,论文主要围绕这两个方面分别展开研究。论文先以聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜为研究对象,研究了PVDF纳米纤维膜的主要电纺工艺参数对纳米纤维直径及形貌的影响,包括溶剂比、溶液浓度、偏置电压、工作距离和供给速率。研究结果表明,溶剂DMF和工作距离的增加使得纳米纤维直径变小,而浓度、电压以及供液速率的增加则导致纤维直径变粗。PVDF纳米纤维膜具有高孔隙率、吸液率以及离子电导率等特性使得其放电比容量衰减小。经100循环后,PVDF隔膜电池的放电比容量衰减仅为8.2%。研究提高PVDF纳米纤维膜力学性能的两种方法。通过热处理使得PVDF内米纤维间相互粘结,在不损坏电纺膜基本结构的前提下将PVDF纳米纤维膜的最大拉伸强度提高了25倍左右,由0.68MPa强化至17.43MPa。采用PET/PVDF复合膜也可提升强度,且具有较高力学性能,最高力学拉伸强度达到34.85MPa。论文提出采用PI/PVDF/PI（聚酰亚胺）三明治结构纳米纤维膜作为可实现自闭功能的高安全性隔膜。研究结果显示,电纺纳米纤维膜180℃下热缩率小于3%,表现出高热稳定性以及低热缩率。将其应用于锂离子电池,经100循环后,电池依旧保持初始放电容量的97.1%。同时中间PVDF纳米纤维膜在高温下能有效切断电池大部分电流,提高电池安全性。

关键词：锂离子电池隔膜电纺纳米纤维聚偏氟乙烯聚酰亚胺

基于Si衬底Ge量子点光纤通信用光电探测器研制

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于Si衬底Ge量子点光纤通信用光电探测器研制

作者：汪建元厦门大学

学位级别：硕士

整合光纤通信的低损耗宽频带大容量低成本的优势与Si基质材料的成熟工艺技术和低廉制作成本优势,研制Si衬底Ge量子点光纤通信用光电探测器,将为超大规模光电集成通信及未来光子通信做好准备,造福人类。本论文在超高真空化学气相沉积(UH... 详细信息

整合光纤通信的低损耗宽频带大容量低成本的优势与Si基质材料的成熟工艺技术和低廉制作成本优势,研制Si衬底Ge量子点光纤通信用光电探测器,将为超大规模光电集成通信及未来光子通信做好准备,造福人类。本论文在超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)生长设备上,采用自组装S-K(Stranski-Krastanov)先层后岛生长方法,系统的研究了单层Ge量子点生长条件,得到了单层Ge量子点生长的最优条件:温度T=550℃;时间t=5min;GeH4流量=1sccm。进而优化设计多层结构生长条件,成功的在Si基上制备了PIN结构多层Ge量子点探测器材料。采用传统的Si半导体工艺,通过3次(版)光刻,摸索了光刻胶(AE5214E)的曝光显影时间。分别进行了ICP干法刻蚀台面,湿法腐蚀SiO2引线空和Al接触电极。采用PECVD淀积了SiO2,采用磁控溅射淀积了Al接触电极。最后通过器件封装完成了器件的制备。之后对研制的器件进行了I-V特性、暗电流、光谱响应特性及针对光纤通信1.33um-1.55um红外波段的光电响应进行了测试。从测试结果看可以判断器件的功能与设计基本相符,器件具有较理想的暗电流特性(-1V偏压下为7.35E-6 A/C m)。唯一不足的是光谱响应特性及.33um-1.55um波段的光电响应测试中,得到响应度偏小,0.0014mA/W(-4V偏压下),说明生长材料中Ge组分较低有关。最后总结了研制Ge量子点光电器件过程中的经验,提出了改进器件性能的措施,为下一步工作指明方向。

关键词： UHV/CVD系统 Si基Ge量子点红外光电探测器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

非接触棒诱导静电纺丝规律研究

非接触棒诱导静电纺丝规律研究

作者：肖志明厦门大学

学位级别：硕士

纳米纤维由于其超高的比表面积和卓越的力学、电学和化学特性在传感、生物医药、能源等领域有着广泛的应用前景和强劲的市场需求。静电纺丝是目前批量化制备纳米纤维的最重要方法之一,针对现有电纺方法存在的如多针尖多管孔电纺技术射... 详细信息

纳米纤维由于其超高的比表面积和卓越的力学、电学和化学特性在传感、生物医药、能源等领域有着广泛的应用前景和强劲的市场需求。静电纺丝是目前批量化制备纳米纤维的最重要方法之一,针对现有电纺方法存在的如多针尖多管孔电纺技术射流间相互影响,针尖管孔易堵塞;依靠特殊形状电极以及液面扰动的自由液面电纺则存在电极钝化和纤维形貌差异大等缺点,论文提出非接触式棒诱导电纺方法:采用接地诱导棒在聚合物液面近空间移动,强电场作用下靠近诱导棒的液面上出现大量微细射流,诱导棒移开后射流经过拉伸、鞭动和挥发,在接地收集板上收集到大量纳米纤维。论文围绕非接触诱导电纺基本工艺规律、流体运动机理与行为分析以及非接触诱导电纺装备开发与验证等开展研究,为大规模非接触式电纺装备开发奠定基础。论文研究主要包括:(1)分析不同材料诱导棒的诱发射流特性,理论分析材料介电特性和导电特性对电场和电荷密度的增强作用。电场有限元分析和实验表明诱导棒导电特性是激发射流的主要原因,且诱导棒电阻在107～1010Ω可诱发射流。探讨非接触诱导电纺工艺规律,着重分析影响诱发射流临界电压的因素,确定流经诱导棒电流与工作电压、诱导棒电阻、移动速度等的相互关系。(2)分析电液耦合场和相场法基本理论,利用相场法分析液面流变与其速度、所受电应力间的对应关系。研究不同的诱导棒直径、电压以及溶液物性参数对射流激发的影响,发现仿真结果中射流的形状、几何尺寸、时间尺度以及诱发射流的临界电压范围等与射流初期相应特性有良好的一致性。探究诱导棒移动时气液界面初期形状的时变特征,阐明诱导棒移动引起的电荷迁移可促使多射流跟随诱导棒移动方向依次激发。(3)研制一台自动化非接触诱导电纺装备,可实现诱导棒在溶液槽上方的平移和自转等功能。在该自动化装备上研究溶液浓度、电极间距、诱导距离、和电压等对纳米纤维直径以及产量作用效果,结果表明:浓度12%PEO溶液,收集距离35cm,和60kV工作电压下可得直径分布在50～400nm间形貌良好的纳米纤维,产量最大可达61.7g/m2·h。

关键词：纳米纤维静电纺丝大规模制造电液动力学

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

电纺直写运动平台开发及其图案化沉积研究

电纺直写运动平台开发及其图案化沉积研究

作者：卫瑾厦门大学

学位级别：硕士

静电纺丝制备聚合物微纳米纤维,在纳米管道与生物检测,微纳光纤与光波导,电子元器件与传感器等方面有越来越广泛的应用,而这些应用对电纺沉积结构也从相对有序逐渐向图案化、可控化结构方向发展。本文主要针对电纺直写运动平台的构建、... 详细信息

静电纺丝制备聚合物微纳米纤维,在纳米管道与生物检测,微纳光纤与光波导,电子元器件与传感器等方面有越来越广泛的应用,而这些应用对电纺沉积结构也从相对有序逐渐向图案化、可控化结构方向发展。本文主要针对电纺直写运动平台的构建、微纳米结构电纺直写沉积规律和电纺直写图案化沉积及其误差分析等方面进行研究工作。面向电纺直写图案化沉积及其误差分析,构建运动平台并对其进行性能测试。整个运动平台驱动模块由直线电机（XY二维运动平面）与伺服电机（Z轴）组成,由工控计算机,控制卡、驱动器,构成控制模块。另将接近开关接入控制电路,实现限位保护功能。通过上位工控计算机可以对平台电机参数进行设置。整个运动平台采用PIV＆F控制算法,保证平台电机运动性能。平台在通电状态振动为1.7292μm,线型误差为23.331μm,面型误差为54.02μm, XY运动平面定位误差为15.0μm,重复定位误差为5.0gm。基于运动平台进行图案化沉积实验,对运动平台以及电纺直写各项参数对沉积形貌的影响进行分析。运动平台对射流的影响表现为PEO溶液低浓度（8wt%）下的“塑形”作用和高浓度（16wt%）下的“解旋”作用。平台运动过程中,如果涉及到运动方向发生突变的情况,可以在运动突变处人为设置停顿,使电机运行稳定。停顿时间越长,过量沉积也就越多。而且过量沉积在PEO溶液低浓度（8wt%）下表现为液相汇聚,高浓度（16wt%）下表现为固相团聚。平台运动速度,由溶液浓度,极间距,线间距,停顿时间等条件作为耦合因素来综合考量。基于运动平台和沉积规律,可以直写出较为复杂的图形,并利用集成光栅传感器对平台电机运动轨迹进行追踪检测,并将其与实际沉积轨迹对比,分析出直写过程中的误差。实验表明,电纺直写运动平台为静电纺丝图案化沉积以及沉积结构形貌误差提供了一种有效的工艺分析方法。

关键词：电纺直写运动平台微纳结构图案化沉积