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基于振动模态的微器件结构设计评价方法

振动．测试与诊断 2012年第5期32卷 796-801,865页

作者：文永蓬尚慧琳上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海应用技术学院机械工程学院上海200235

为了提高微器件的设计效率,提出一种微器件的结构新型设计评价方法。首先,根据理论分析获得微机械陀螺结构设计原则,以典型两质量块微机械陀螺为研究对象,利用有限元工具与模态分析相结合,获得该系统固有频率和相应的振型矩阵;然后,利... 详细信息

为了提高微器件的设计效率,提出一种微器件的结构新型设计评价方法。首先,根据理论分析获得微机械陀螺结构设计原则,以典型两质量块微机械陀螺为研究对象,利用有限元工具与模态分析相结合,获得该系统固有频率和相应的振型矩阵;然后,利用模态叠加法求各阶模态对于驱动振动和检测振动的贡献度,并采用能量法分析各阶模态对系统的影响;最后,针对两类音叉式微机械陀螺具体实例模型,分别获得系统各阶模态能量在频域上的分布情况,证明所提出的微结构设计评价方法的正确性。

关键词：微器件微机械陀螺结构设计评价准则振动模态

矩阵磁场下硅基微器件的纳米磁性液体润滑研究

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矩阵磁场下硅基微器件的纳米磁性液体润滑研究

作者：邱先明中国矿业大学

学位级别：硕士

相对于传统机械而言,微型器件由于尺寸效应,其表面摩擦力及粘着力等带来的磨损问题更为突出。由于缺乏可靠的润滑手段,严重阻碍了微器件的开发和应用。为此,本文尝试采用纳米磁性液体作润滑剂,通过构建一种矩阵磁场,并设计加工出硅基微... 详细信息

相对于传统机械而言,微型器件由于尺寸效应,其表面摩擦力及粘着力等带来的磨损问题更为突出。由于缺乏可靠的润滑手段,严重阻碍了微器件的开发和应用。为此,本文尝试采用纳米磁性液体作润滑剂,通过构建一种矩阵磁场,并设计加工出硅基微器件进行摩擦磨损试验,探讨外加矩阵磁场作用下磁性液体在硅基表面形成的纹理图案及控制方法,研究其的摩擦学特性及润滑机理。通过计算纳米磁性液体在磁场中的受力情况,确定纳米磁性液体受力的主要影响因素;并进一步根据磁场修正的纳米磁性液体伯努利方程,探讨磁场作用对纳米磁性液体分布位置的影响关系,为矩阵磁场的设计以及纳米磁性液体的磁控润滑提供理论依据。针对所用的销-盘往复式摩擦试验台的结构特征及工作原理,设计出能够提供矩阵磁场的销-盘摩擦副试件。其中,摩擦副的下试件（盘）为抛光单晶硅片,下方采用细圆柱形永磁体磁柱形成矩阵磁场,并通过改变磁柱间距及高度实现磁场调节;摩擦副的上试件（销）为采用深反应离子刻蚀（DRIE）技术加工出的带有微型直线条纹的硅基微器件,并利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对其加工质量进行了表征。基于电磁场理论,利用ANSYS软件对所设计的下试件进行磁场仿真,确定施加不同磁场时下试件表面的磁场分布情况。并通过搭建图像采集系统,获取不同磁场下纳米磁性液体在下试件表面形成的纹理图案特征图像,探讨外加矩阵磁场作用与纳米磁性液体纹理图案之间的对应关系。以纳米磁性液体作为硅基微器件的润滑剂,在无磁场、单磁源磁场和矩阵磁场条件下设计对比摩擦试验,测量不同载荷及速度工况下的摩擦数据曲线,结合Stribeck曲线及流体润滑理论,探究矩阵磁场作用下磁性液体对硅基微器件表面的摩擦学性能影响,并确定出减摩效果最优的矩阵磁场参数。根据最优矩阵磁场参数进一步设计磨损试验,并利用光学显微镜对微器件磨损表面形貌进行表征分析,探明矩阵磁场环境下磁性液体应用于硅基微器件的润滑特征和机理。

关键词：微器件纳米磁性液体矩阵磁场液体润滑摩擦学性能

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微器件概念设计中的功能设计

机械设计 2009年第3期26卷 9-12页

作者：闫向彤江平宇西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 西安交通大学机械工程学院CAD/CAM研究所陕西西安710049

介绍了微器件概念设计中的功能设计方法及建模技术,在基于功能-效应-原理解的微器件概念设计模型框架下,对微器件的功能建模从功能定义、功能分解、功能结构图建立等方面进行了阐述,并建立了微器件功能模型。该模型既适用于新器件的创... 详细信息

介绍了微器件概念设计中的功能设计方法及建模技术,在基于功能-效应-原理解的微器件概念设计模型框架下,对微器件的功能建模从功能定义、功能分解、功能结构图建立等方面进行了阐述,并建立了微器件功能模型。该模型既适用于新器件的创新设计,也适用于已有产品的变型设计,它是微器件概念设计求解问题的基础。

关键词：微器件概念设计功能建模

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硅基微器件的表面处理及滑动摩擦性能研究

硅基微器件的表面处理及滑动摩擦性能研究

作者：张海聪中国矿业大学

学位级别：硕士

随着微型机械的发展,微器件的尺寸不断缩小,由尺寸效应引起的表面接触、粘合、摩擦及磨损等问题比传统机械更加突出,同时微机电系统高速滑动产生的摩擦力也加剧了微器件的摩擦磨损,缩短了微器件寿命,阻碍了微机电系统的发展。为此,本文... 详细信息

随着微型机械的发展,微器件的尺寸不断缩小,由尺寸效应引起的表面接触、粘合、摩擦及磨损等问题比传统机械更加突出,同时微机电系统高速滑动产生的摩擦力也加剧了微器件的摩擦磨损,缩短了微器件寿命,阻碍了微机电系统的发展。为此,本文在对硅基微器件的表面处理的基础上,借助搭建的微摩擦磨损性能测试装置,对硅基微器件的滑动摩擦性能进行了研究。采用深反应离子刻蚀（DRIE）和激光刻蚀技术设计并加工了表面抛光、表面条纹和表面波纹三种硅基微器件,同时采用共吸附法在三种硅基微器件表面制备了WD-10-APS混合自组装膜。利用改进后的微摩擦磨损性能测试装置分别对三种纹理表面硅基微器件进行了干摩擦磨损试验、液体润滑摩擦磨损试验和混合自组装膜摩擦磨损试验,测得了滑动摩擦过程中的摩擦系数,并利用原子力显微镜、扫描电子显微镜、光学显微镜对微器件磨损前后的表面形貌进行了表征分析。此外,利用Materials Studio软件对混合自组装膜的结合过程及能量、温度变化进行了分子动力学模拟,利用Fluent软件对三种硅基微器件进行了CFD流体润滑状态仿真分析,计算了流体润滑阶段三种微器件表面的承载压力。干摩擦磨损试验和表征结果表明,三种硅基微器件的滑动摩擦系数相差很小,条纹表面和波纹表面微器件的摩擦系数略小于抛光表面微器件,但其纹理边缘部分磨损崩裂现象比抛光表面微器件严重。添加润滑剂的微摩擦磨损试验表明,边界润滑阶段和混合润滑阶段,相同载荷和滑动速度时,纹理表面硅基微器件的摩擦系数小于抛光表面硅基微器件,且波纹表面减摩效果好于条纹表面,CFD仿真验证了流体润滑阶段纹理表面比抛光表面具有更高的承载压力,扫描电子显微镜表征显示纹理表面的磨损程度明显比抛光表面的磨损程度轻。覆膜纹理表面微器件的摩擦磨损试验结果表明,相同纹理表面微器件覆膜后的摩擦系数明显小于未覆膜时的摩擦系数,分子动力学模拟表明覆膜后微器件表面具有较低且稳定的能量,原子力显微镜表征显示所覆混合自组装膜表面分子分布均匀,表面粗糙度小,磨损后表面出现犁沟现象且粗糙度明显变大。论文研究结果表明,合适的纹理表面、混合自组装膜和低粘度液体润滑剂均可改善硅基微器件的滑动摩擦性能,减少磨损失效,提高微器件的寿命。

关键词：微器件滑动摩擦纹理表面自组装膜液体润滑

单壁碳纳米管修饰纳米金复合材料在微器件生物传感的应用

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单壁碳纳米管修饰纳米金复合材料在微器件生物传感的应用

作者：余艺温州大学

学位级别：硕士

电化学生物传感器具有灵敏度高、分析速度快、易于微型化等特点,在生物分子检测方面有着广阔的应用前景。纳米金修饰的单壁碳纳米管由于其高比表面积,良好的电学及电催化性质,是一种极好的应用于生物电信号传感的复合材料。目前,已经有... 详细信息

电化学生物传感器具有灵敏度高、分析速度快、易于微型化等特点,在生物分子检测方面有着广阔的应用前景。纳米金修饰的单壁碳纳米管由于其高比表面积,良好的电学及电催化性质,是一种极好的应用于生物电信号传感的复合材料。目前,已经有大量的开创性工作将其应用于分析检测领域,主要是将其作为修饰电极材料通过伏安循环或阻抗分析等方法用于生物样品的检测。然而,将其加工成微型器件并用于检测研究的工作目前却很少被报道。本论文通过应用不同的修饰有纳米金的单壁碳纳米管复合材料,构建出不同的微型器件,并将其用于生物传感方面的研究。主要工作如下:1、利用单壁碳纳米管自身与金属离子的氧化还原反应,将小颗粒的纳米金还原出来并密集地沉积在单壁碳纳米管（SWCNT）上,再将这种纳米金/单壁碳纳米管（AuNPs/SWCNT）复合材料加工成微狭缝电极器件,从而成功构建出基于AuNPs/SWCNT检测器件。根据纳米金对单链DNA及双链DNA吸附能力的差异会对纳米金的催化能力造成不同的显著影响,设计一种基于对修饰于单壁碳管上的纳米金催化活性调控从而实现检测特定DNA片段的方法。2、在已完成的构建基于AuNPs/SWCNT检测器件的工作基础上,通过电子束曝光系统（EBL）制作出一系列狭缝更短的电极,然后利用单壁碳纳米管具有的优良吸附性,将尺寸颗粒更大的纳米金棒组装于碳管表面构建成新的检测器件。然后通过相同的检测机制,将改进后的器件用于DNA检测研究。通过以上一系列从电极加工到纳米金棒组装等改进方法,使这种基于AuNPs/SWCNT的检测器件获得更好的性能。实验结果表明,对于相同的检测样品,改进后的器件拥有极佳的灵敏度。

关键词：单壁碳纳米管纳米金微器件 DNA检测

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微器件设计的优化决策规则获取方法研究

计算机辅助设计与图形学学报 2005年第8期17卷 1731-1735页

作者：龚晓燕江平宇西安交通大学机械工程学院CAD/CAM研究所西安科技大学机械工程学院西安710054

针对微器件产品优化评价规则缺乏的现状,采用现代设计方法对微器件优化决策规则进行了研究.有限元方法被用于对微器件进行动态分析、获取大量的信息数据;粗糙集理论和遗传算法被用于属性约简和优化决策规则提取.根据以上方法对相应原型... 详细信息

针对微器件产品优化评价规则缺乏的现状,采用现代设计方法对微器件优化决策规则进行了研究.有限元方法被用于对微器件进行动态分析、获取大量的信息数据;粗糙集理论和遗传算法被用于属性约简和优化决策规则提取.根据以上方法对相应原型软件进行开发,对热驱动微泵实例进行应用示范,为微器件优化决策规则制定提供了方法和原型软件.

关键词：微器件优化决策规则有限元方法粗糙集理论遗传算法

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新型双光子引发剂光聚合行为及微器件制备

中国激光 2009年第6期36卷 1528-1534页

作者：郭福全胡治元付新建张其锦黄文浩夏安东洛阳理工学院材料科学与工程系河南洛阳471023 中国科学技术大学高分子科学与工程系安徽合肥230026 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026

针对800 nm的激发光源设计合成了3种具有D-π-D分子构型的新型二苯乙烯衍生物(分别命名为BPSBP,BESBP和BCSBP)作为双光子引发剂。利用飞秒激光研究了该系列双光子引发剂的双光子光聚合行为,着重讨论双光子引发剂浓度对聚合阈值和双光子... 详细信息

针对800 nm的激发光源设计合成了3种具有D-π-D分子构型的新型二苯乙烯衍生物(分别命名为BPSBP,BESBP和BCSBP)作为双光子引发剂。利用飞秒激光研究了该系列双光子引发剂的双光子光聚合行为,着重讨论双光子引发剂浓度对聚合阈值和双光子引发剂浓度、聚合能量及曝光时间对聚合分辨率的影响。综合影响聚合分辨率、系统加工效率和微器件表面质量的因素,以浓度为32μmol/g的BPSBP作为双光子引发剂的聚合体系,在9×10~5mJ/cm^2的聚合能量下制作出了亚微米级的三维周期微结构等微器件,并用电镜(SEM)进行了表征。

关键词：非线性光学光聚合双光子吸收引发剂微器件

光功能导向金属-有机配位超分子材料与微器件

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光功能导向金属-有机配位超分子材料与微器件

2018年中西部地区无机化学化工学术研讨会

作者：潘梅尹少云陈成侠张建华孙思思苏成勇中山大学化学学院

基于配位超分子的组装理念,利用"自下而上"的构筑策略,在有序配位空间内,合理预设、配置和优化金属与配体的多中心结构与光功能基元,组装具有多组分、多功能特性的金属-有机可调发光材料,并进一步构筑加工为多层次单晶、超薄二维片、原... 详细信息

基于配位超分子的组装理念,利用"自下而上"的构筑策略,在有序配位空间内,合理预设、配置和优化金属与配体的多中心结构与光功能基元,组装具有多组分、多功能特性的金属-有机可调发光材料,并进一步构筑加工为多层次单晶、超薄二维片、原位生长膜、柔性响应试纸、光纤耦合传感器等光学微器件。既体现配位超分子作为结构组装平台的独特空间集成与匹配协同效应,又带来不同于各简单功能基元的可控复合、叠加与可调变光学性能,从而为获得新型光调控、光响应、光转换型光功能复合材料,并在全色域发光、照明、显示、传感、防伪等诸多领域实现微型芯片化、器件化提供了新的途径。

关键词：可调发光配位空间微器件

来源： cnki会议评论

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微器件制造特征信息描述与输入方法的研究

西安交通大学学报 2003年第1期37卷 81-84页

作者：汪继亮江平宇西安交通大学机械工程学院西安710049

以硅基加工为研究对象,提出了一种基于特征的多层次体面相结合的微器件信息描述模型与相应的输入方法.该方法将微器件的三维几何结构按加工层进行分解,每一层由层主特征和若干辅助特征组成,建立了完整的微器件三维和二维表面制造特征,... 详细信息

以硅基加工为研究对象,提出了一种基于特征的多层次体面相结合的微器件信息描述模型与相应的输入方法.该方法将微器件的三维几何结构按加工层进行分解,每一层由层主特征和若干辅助特征组成,建立了完整的微器件三维和二维表面制造特征,并与硅基微加工方法相联系,反映了微加工工艺的约束条件,且具有确切的加工形状.同时,将微器件信息描述为总体-加工层-特征-属性4级模式,在制造特征输入过程中,形成特征索引树及特征之间的关系,因此很好地表达了微器件的几何信息和工艺信息,为随后确定微器件的加工方法和工艺顺序提供了信息基础.

关键词：微机电系统微器件制造特征信息描述计算机辅助工艺设计微制造工艺信息输入