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微悬臂梁探测器的理论模型及优化设计

光学学报 2001年第6期21卷 744-748页

作者：刘月明刘君华张少君西安交通大学电气工程学院西安710049 西安理工大学理学院西安710048

对基于微悬臂梁的光学和红外探测技术进行了理论分析 ,并建立了相应的理论模型 ,在此基础上对该类探测器进行了优化设计 ,包括 :微悬臂梁材料的优化选择、金属镀膜材料及厚度的优化选择以及光辐射吸收层材料的选择。最终给出了一种新型... 详细信息

对基于微悬臂梁的光学和红外探测技术进行了理论分析 ,并建立了相应的理论模型 ,在此基础上对该类探测器进行了优化设计 ,包括 :微悬臂梁材料的优化选择、金属镀膜材料及厚度的优化选择以及光辐射吸收层材料的选择。最终给出了一种新型的三层结构微悬臂梁探测器 ,理论上这种新型结构的探测器比现报道的同类探测器灵敏度高出 2 0多倍 ,噪声等效功率降低了 85 %～ 70 %。

关键词：微悬臂梁探测器光辐射优化设计红外探测器

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微悬臂梁谐振技术检测溶液粘度的研究

压电与声光 2005年第5期27卷 572-574页

作者：李艳宁唐洁饶志军傅星胡小唐天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式,并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明,利用微悬臂梁谐振频率技术测... 详细信息

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式,并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明,利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4%。这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法,也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应。

关键词：粘度微悬臂梁谐振频率原子力显微镜

微悬臂梁适配子传感器检测维埃克斯、沙林及动力学分析

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分析化学 2014年第8期42卷 1143-1148页

作者：刘志伟童朝阳郝兰群刘冰穆晞惠张金平高川防化研究院国民核生化灾害防护国家重点实验室

采用生物素-亲和素法在微悬臂梁传感芯片上固定维埃克斯、沙林适配子,建立了压阻式微悬臂梁适配子传感器检测维埃克斯、沙林及动力学分析方法。传感器对维埃克斯检测的线性范围为2;0μg/L,线性回归方程为ΔUe=0.886C-1.039（n=5,R=0.984... 详细信息

采用生物素-亲和素法在微悬臂梁传感芯片上固定维埃克斯、沙林适配子,建立了压阻式微悬臂梁适配子传感器检测维埃克斯、沙林及动力学分析方法。传感器对维埃克斯检测的线性范围为2;0μg/L,线性回归方程为ΔUe=0.886C-1.039（n=5,R=0.984,p微悬臂梁传感器输出电压变化之间的关系,建立了传感器检测维埃克斯、沙林的反应动力学模型,根据拟合方程求出的传感器对不同浓度维埃克斯、沙林反应达到平衡时的响应电压（ΔUe）、响应时间（t0）均与实测值非常接近。

关键词：微悬臂梁适配子传感器维埃克斯沙林动力学分析

利用微悬臂梁表面应力研究聚N-异丙基丙烯酰胺分子的构象转变

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物理学报 2006年第8期55卷 4111-4116页

作者：李凯刘红张青川侯毅张广照伍小平中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室合肥230027 中国科学技术大学化学物理系合肥230026

提出了一种基于微悬臂梁传感技术研究大分子折叠构象转变的新方法.通过分子自组装的方法将热敏性的聚N异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子链修饰到微悬臂梁的单侧表面,用光杠杆技术检测温度在20—40℃之间变化时由于微悬臂梁上的PNIPAM分子在... 详细信息

提出了一种基于微悬臂梁传感技术研究大分子折叠构象转变的新方法.通过分子自组装的方法将热敏性的聚N异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)分子链修饰到微悬臂梁的单侧表面,用光杠杆技术检测温度在20—40℃之间变化时由于微悬臂梁上的PNIPAM分子在水中的构象转变所引起的微悬臂梁变形.实验结果显示:在升温过程中,微悬臂梁的表面应力发生了变化并且导致微悬臂梁产生了弯曲变形,这个过程对应着微悬臂梁上的PNIPAM分子从无规线团构象到塌缩小球构象的构象转变.在降温过程中,微悬臂梁发生了反方向的弯曲变形,这对应着PNIPAM分子从塌缩小球构象向无规线团构象的构象转变.整个温度变化过程中构象转变是连续进行的,而在低临界溶解温度(约32℃)附近转变幅度较大,这与自由水溶液中PNIPAM分子的无规线团塌缩小球构象转变相对应.实验结果还显示:由于PNIPAM分子在塌缩过程中氢键的形成和链段间可能的缠结效应,整个温度循环过程中微悬臂梁的变形是不可逆的且有明显的迟滞效应.

关键词：构象转变聚N-异丙基丙烯酰胺分子链表面应力微悬臂梁

微悬臂梁检测三肽Gly-Gly-His与Cu2+的相互作用过程

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分析化学 2009年第6期37卷 783-787页

作者：徐英明潘宏青伍三华张柏林中国科学院长春应用化学研究所电分析国家重点实验室中国科学院研究生院

将三肽Gly-Gly-His(GGH)共价键合到MPA修饰的微悬臂梁表面,研究了肽与Cu2+的相互作用过程。研究发现,在Cu2+浓度较高时,Cu2+能快速与不同肽链上的羧基和咪唑环配位,并通过连锁反应诱导悬臂梁向镀金面偏转;而后肽链上的氮原子与Cu2+配位... 详细信息

将三肽Gly-Gly-His(GGH)共价键合到MPA修饰的微悬臂梁表面,研究了肽与Cu2+的相互作用过程。研究发现,在Cu2+浓度较高时,Cu2+能快速与不同肽链上的羧基和咪唑环配位,并通过连锁反应诱导悬臂梁向镀金面偏转;而后肽链上的氮原子与Cu2+配位,同时构象发生变化,由直链转变成折叠状,进而增加链间的作用力使悬臂梁反向偏转;而Cu2+浓度低时不能实现连锁反应诱导悬臂梁表面快速的形成向内的拉力,直接通过构象变化推动悬臂梁反向偏转。考察了溶液pH值、Cl-浓度对GGH与Cu2+作用的影响,结果表明,在pH7.0的条件下GGH与Cu2+作用导致悬臂梁偏转最大。Cl-的存在会与Cu2+形成CuCl2x?x配合物不易与肽链结合。

关键词：微悬臂梁相互作用肽铜

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微悬臂梁粗糙表面粘附建模分析

西安电子科技大学学报 2004年第5期31卷 749-752页

作者：田文超贾建援西安电子科技大学机电工程学院陕西西安710071

针对粘附严重影响微电子机械系统性能和可靠性问题,提出了一种微悬臂梁粗糙表面"截球型"粘附模型;根据Hamaker微观连续介质理论及空隙修正理论,推导出粘附力表达式;讨论了粗糙面凸峰对粘附力的影响,得到影响粘附力的主要原子是凸峰顶部... 详细信息

针对粘附严重影响微电子机械系统性能和可靠性问题,提出了一种微悬臂梁粗糙表面"截球型"粘附模型;根据Hamaker微观连续介质理论及空隙修正理论,推导出粘附力表达式;讨论了粗糙面凸峰对粘附力的影响,得到影响粘附力的主要原子是凸峰顶部少数几层原子的结论;仿真出光洁度等级分别为10级,11级和12级的镍悬臂梁粗糙面粘附力数值结果,为微悬臂梁的结构设计提供了理论基础.

关键词：粘附力严重影响性问题粗糙表面理论基础数值微悬臂梁粗糙面微电子机械系统

微悬臂梁FPA红外成像系统实时图像去噪算法研究

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光学技术 2009年第6期35卷 876-878页

作者：龚诚惠梅董立泉刘小华赵跃进北京理工大学光电学院北京100081

基于MEMS热传感效应的红外成像有着独特的优势。利用双材料微悬臂梁制作了MEMS IR FPA,并构建了红外成像系统。针对基于双材料微悬臂梁FPA红外成像系统中的图像噪声,提出了离散量和平均灰度的红外图像实时处理算法,解决了灰度阈值分割... 详细信息

基于MEMS热传感效应的红外成像有着独特的优势。利用双材料微悬臂梁制作了MEMS IR FPA,并构建了红外成像系统。针对基于双材料微悬臂梁FPA红外成像系统中的图像噪声,提出了离散量和平均灰度的红外图像实时处理算法,解决了灰度阈值分割法在去除噪声的同时滤除掉目标物体像素、使红外图像细节丢失且灰度级减少的问题,在目标物体像素损失较小的情况下,去除了目标物体周围的随机噪声及背景噪声,提高了信噪比。

关键词：离散量灰度阈值微悬臂梁噪声

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光热激励下微悬臂梁在流体中的振动研究

力学学报 2014年第5期46卷 703-709页

作者：董天宝宋亚勤西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

微悬臂梁结构广泛应用于微纳电子机械系统.在实际应用中,涂层和工作环境的变化对微悬臂梁结构动态工作模式有着不容忽视的影响.运用流体中双层微悬臂梁的光热振动模型,研究了在激光光热驱动下,金涂层微悬臂梁在不同流体中的振动特性.理... 详细信息

微悬臂梁结构广泛应用于微纳电子机械系统.在实际应用中,涂层和工作环境的变化对微悬臂梁结构动态工作模式有着不容忽视的影响.运用流体中双层微悬臂梁的光热振动模型,研究了在激光光热驱动下,金涂层微悬臂梁在不同流体中的振动特性.理论上得到了微悬臂梁的温度场,光热驱动力和振动变形场的解析表达式.研究结果表明,流体环境对微悬臂梁的光热振动谱有显著的影响,主要表现在共振频率的偏移和品质因子的变化两个方面.相比较于悬臂梁在真空中的响应,当悬臂梁在空气中振动时,共振频率向低频产生微小的漂移(0.7%),共振峰未发生明显变化;然而,当悬臂梁在液体中振动的时候,共振频率向低频产生巨大的漂移(58%～80%),而且品质因子发生量级上的减小,共振峰发生了畸变.本研究对微纳探测以及原子力显微镜等仪器的设计优化,有着一定的理论指导意义.

关键词：激光光热微悬臂梁动力响应流体动力双材料效应

考虑表面应力的微悬臂梁质量传感器的建模与仿真

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东北大学学报（自然科学版） 2018年第2期39卷 237-241页

作者：马树军修强东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

为了考虑悬臂梁谐振器表面吸附层或者不同材料涂层引起的表面应力的影响,进而提高质量传感器的精度和性能,基于瑞利-里兹法提出了考虑表面应力的悬臂梁质量传感器的理论方法.在悬臂梁振动的控制方程中引入应力系数对其振型函数进行修正... 详细信息

为了考虑悬臂梁谐振器表面吸附层或者不同材料涂层引起的表面应力的影响,进而提高质量传感器的精度和性能,基于瑞利-里兹法提出了考虑表面应力的悬臂梁质量传感器的理论方法.在悬臂梁振动的控制方程中引入应力系数对其振型函数进行修正,并系统地分析对悬臂梁振动频率的影响,再根据瑞利法建立微悬臂梁质量传感器的理论模型.应用该方法,纳米颗粒的位置和质量可以通过颗粒吸附前后悬臂梁的频率移动来精确确定.该方法的准确性和可行性通过有限元仿真进行了验证.

关键词：微悬臂梁质量传感表面应力欧拉-伯努利梁理论瑞利-里兹法