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作者：潘程鹏中南大学

学位级别：硕士

局部电化学沉积(Localized Electrochemical Deposition,LECD)是一种利用微阳极限制和控制电沉积区域的微金属结构制造技术。LECD可用于制造高纵横比的复杂三维结构,由于电沉积过程中,阳极的电场分布时刻在变化且分布不均匀,同时受到外... 详细信息

局部电化学沉积(Localized Electrochemical Deposition,LECD)是一种利用微阳极限制和控制电沉积区域的微金属结构制造技术。LECD可用于制造高纵横比的复杂三维结构,由于电沉积过程中,阳极的电场分布时刻在变化且分布不均匀,同时受到外界离子浓度、精度尺寸的影响,两个独立结构很难以相同的沉积速率沉积至同一位置,而两结构的合并制造是实现复杂三维结构的基础。由此制造完整的合并结构过程仍然需要探究,在此背景下,本文研究了X形铜微结构的合并制造过程,同时进行了复杂结构的制造、微通道散热器、葡萄糖传感器等方面的应用研究。主要内容包括:(1)建立了X形铜微结构交叉合并处沉积过程的动态有限元仿真模型。通过COMSOL仿真软件,结合实验参数构建几何模型、设置阳极运动轨迹、选取实验参数、划分网格等,得到了多层水平移动轨迹的模型,能够在仿真中实现完整的X形结构制造。(2)提出了一种微阳极移动轨迹模型,实现了完整的X形铜微结构制造。设计了三种阳极移动轨迹模型并进行实验,其中中心处具有4层水平轨迹的模型命名为弓字形轨迹模型,能够制造出完整的X形铜微结构;在此模型下进行沉积层数分别为8、12、16层、水平宽度分别为20μm、40μm、60μm、100μm的实验研究,对比发现较多的沉积层数和较大的水平宽度能够让X形铜微结构的中心处更加厚实紧密。(3)研究了不同锥面数量的阳极对X形铜微结构完整性的形貌影响,并对不同阳极的作用电位和电流密度进行了仿真与分析。采用两锥面阳极、三锥面阳极、四锥面阳极与圆锥面阳极分别在3.1V、3.0V、2.9V、2.8V、2.7V的不同电压下进行电沉积实验,通过COMSOL软件对圆盘阳极和锥面阳极在同一沉积电压下的电位分布情况、电流密度分布情况进行了研究,锥面阳极相较于圆盘阳极的高电位分布区域范围较小,电流密度较高且集中分布在尖端顶点。对于不同的沉积结构、沉积要求可以选择不同的锥面阳极。(4)制造了以X形铜微结构为基础的复杂阵列结构及拒马结构。利用Solidworks软件和Cura软件建立结构模型并生成阳极移动路径的G代码;用两锥面阳极进行X形篱笆结构、X形铜微结构阵列的沉积实验,对阵列分别进行了间距100μm、300μm、500μm的不同实验,在间距为500μm时,能够避免微阳极电场的持续影响,由此微结构的形貌相较平滑;用四锥面阳极进行了拒马结构的沉积实验,同时为了实现四个方向斜柱的合并交汇,对结构中心处的阳极移动轨迹、沉积层数、初始宽度等因素进行了一定的实验与研究。(5)制造了X形铜微结构阵列的微通道散热器,利用微结构阵列作为葡萄糖传感器,分别对他们工作性能与灵敏度进行了实验研究。搭建测量散热性能的实验系统,以镀银基板尺寸大小为基础构建了微通道散热器,同时通过亲疏水性测试研究了去离子水、乙醇溶液两种冷却工质与微结构阵列的接触效果;在流速为3.2 ml/min和12 ml/min时开展微通道散热器的散热性能测试实验,流速较小的情况下,散热器能够有更好的传热效果;阵列结构基板在同一工作情况下始终要比无结构基板的传热性能更好,微结构形成的微通道能够增大与冷却工质的接触面积,使得散热效果提升;乙醇溶液相比于去离子水,能够有更好的传热效果,能够提高散热器的散热效率。搭建电化学工作站,对微结构阵列的葡萄糖传感器进行灵敏度测试,具有较好的电极灵敏度,可以达到1238μA·m M·cm。图75幅,表5个,参考文献56篇

关键词：局部电化学沉积合并结构复杂三维结构微通道散热器葡萄糖传感器

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复杂铜微结构的局部电化学沉积制造实验研究

复杂铜微结构的局部电化学沉积制造实验研究

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作者：华昺力中南大学

学位级别：硕士

金属微纳结构制造是微纳制造的难点之一。局部电化学沉积(Localized Electrochemical Deposition,LECD)是一种类似3D打印的金属微纳结构制造方法,具有工艺操作简单方便,成本低的优势,但目前缺乏复杂三维微纳结构的高精度制造研究。本文... 详细信息

金属微纳结构制造是微纳制造的难点之一。局部电化学沉积(Localized Electrochemical Deposition,LECD)是一种类似3D打印的金属微纳结构制造方法,具有工艺操作简单方便,成本低的优势,但目前缺乏复杂三维微纳结构的高精度制造研究。本文针对微米尺度铜结构的LECD制造,研究了关键参数对沉积结构形貌的影响、超声对微结构的调控机理,制备了二维与三维微结构。主要研究工作包括:(1)建立了铜微柱LECD制造过程的动态有限元仿真模型。采用COMSOL有限元软件,建立了铜微柱LECD制造过程的几何模型,通过移动网格的方法,解决了阳极运动轨迹的问题;结合网格剖分技术,实现了铜微柱沉积的动态过程仿真;获得了铜微柱沉积过程中的浓度场、电流密度和电势分布;并通过实验对比了铜微柱沉积的仿真结果,验证了模型的准确和有效性。(2)构建了微铜柱的LECD制备方法。利用φ20μm铂丝实现了微阳极的制造,设计并搭建了三维结构电化学沉积实验研究平台,实现了单排微铜柱的制备,研究了沉积电压、铜柱间横向间距及纵向间距三个关键参数对单排微铜柱的形貌影响,发现了优化的沉积条件为:横向间距50μm,纵向间距8μm,电压3.6V。在此基础上制备了2000μm*2000μm,3000μm*3000μm的方形阵列,对微铜柱阵列进行了亲疏水性测试,铜柱间距50μm及100μm的阵列均可呈现疏水性,揭示了沉积铜柱间距对微铜柱阵亲疏水性的影响。当铜柱间距为50μm时,表面接触角达到139.6°,随着间距增加至100μm,铜柱间隙变大,增加接触区空气的占比,毛细力因为铜柱间空气包增大而减小,液滴滴下,自身重力产生动态压力超过了液面弯曲时产生的毛细力,液滴渗透到铜柱间间隙,固液接触区比例变大,表面接触角降至124.9°。(3)开发了复杂结构的LECD制造方法。通过Solid Works构建了栅栏结构模型,并采用Cura软件切片,得到了所需要G代码文件,沉积制备了栅栏结构,发现适合栅栏生长的最佳条件(沉积电压3.4V,阳极横向步距3μm,纵向步距8μm),沉积电压过大,栅栏结构会出现节状结构,分析了缺陷出现的原因。根据圆形方程,生成了阳极运动的弧形G代码。制备了垂直方向的“L”,“C”,“S”及“U”的字母结构。并且根据实验室之前对单面墙的研究,制备了“L”,“C”,“S”及“U”形的铜墙结构。(4)开展了兆声辅助的LECD制备过程研究。对沉积使用的阴极槽进行改进,添加可产生高频振动的兆声波换能器,通过相机观测到气泡的产生,引入兆声辅助能场后高频振动会产生兆声空化效应,加速了气泡的逸出,以及研究兆声效果下沉积电压,纵向间距及振动频率对微铜柱生长的影响,发现外场兆声的引入,大大提高了沉积速率,降低了金属结构的表面粗糙度,发现沉积电压3.4V,纵向间距10μm为较好的工艺参数,在保证了沉积效率的同时,也确保了沉积铜柱的致密性及孔隙率。

关键词：局部电化学沉积铜微阵列接触角复杂三维结构兆声波辅助

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一种具有精确位姿的飞机CAD模型投影图像库设计方法

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计算机科学 2018年第B6期45卷 244-246页

作者：付泰杨力王斌中国卫星海上测控部江苏江阴214431

近年来,随着CAD技术和3D场景理解等方面研究的发展,基于目标3DCAD模型进行精确位姿估计成为了一种重要方法。然而,直接使用CAD模型时往往需要在编程中调用商用CAD软件,这不仅需要配置大量兼容性文件而且对计算机图形硬件要求较高,同时... 详细信息

近年来,随着CAD技术和3D场景理解等方面研究的发展,基于目标3DCAD模型进行精确位姿估计成为了一种重要方法。然而,直接使用CAD模型时往往需要在编程中调用商用CAD软件,这不仅需要配置大量兼容性文件而且对计算机图形硬件要求较高,同时软件层次数据频繁交互导致效率低下。因此,可以通过对CAD模型进行投影得到其带有位姿真值的图像库,从而将三维问题转化为二维问题,使其大大简化。考虑到程序的集成性,选用OpenGL作为CAD模型的显示工具。首先标定虚拟相机内外参数,考虑到运动的相对性,保持虚拟相机不动,按设定距离将目标模型以1°为步长,俯仰和方位各旋转0~90°和0~360°进行投影,从而得到具有精确位姿的目标投影图像库。

关键词：复杂三维结构 3D CAD模型 OpenGL 精确位姿投影

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电化学微细加工技术的研究进展

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江西化工 2016年第1期32卷 1-3页

作者：李凤云南昌航空大学江西南昌330063

介绍了微细电化学加工的原理及其特点,系统地阐述了微细电化学加工在几个方面的研究情况和工艺特点,例如EFAB工艺、3D电化学加工、约束刻蚀剂层技术等。微细电化学加工必将在未来的微纳加工中起着举足轻重的作用。

关键词：微细加工EFAB工艺 3D电化学加工复杂三维结构

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