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径向压缩碳纳米管的电子输运性质

物理学报 2022年第2期71卷 260-270页

作者：林旖旎马立杨权耿松超叶茂盛陈涛孙立宁上海大学机电工程与自动化学院上海200072 苏州大学机器人与微系统研究中心苏州215021

研究径向压缩形变对碳纳米管电子输运性质的影响对搭建微纳碳基电子器件具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了碳纳米管与金属界面接触构型,得出碳纳米管径向压缩形变的规律.模拟结果表明:碳纳米管在水平接触金属表面后,其稳... 详细信息

研究径向压缩形变对碳纳米管电子输运性质的影响对搭建微纳碳基电子器件具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了碳纳米管与金属界面接触构型,得出碳纳米管径向压缩形变的规律.模拟结果表明:碳纳米管在水平接触金属表面后,其稳定状态下的径向压缩形变大小会受接触长度、管径大小、金属种类和片层数量的影响.基于紧束缚密度泛函理论和非平衡格林函数结合的第一性原理,系统地研究了不同直径、手性、片层、径向压缩形变碳纳米管的电子输运性质.研究表明:金属性单壁碳纳米管的电流呈线性增长趋势,且电流-电压的大小只与偏压有关,与直径大小无关;当其存在径向压缩形变时,电流在大偏压下增长趋势减缓,甚至会出现平台效应.半导体性单壁碳纳米管的导通电流随着径向压缩形变的增加而减小,电流-电压曲线逐渐从半导体特性向金属特性转变.随着径向压缩形变的增加,双壁碳纳米管的电流-电压曲线变化规律与金属性单壁碳纳米管的电流-电压曲线变化规律一致,但在相同偏压下,双壁碳纳米管的电流比单壁碳纳米管的电流高1倍;三壁碳纳米管的电流-电压曲线存在较大的振荡波动.

关键词：碳纳米管电子输运性质径向形变第一性原理

多壁碳纳米管与金属表面间接触行为的分子动力学模拟

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物理学报 2021年第10期70卷 216-228页

作者：杨权马立耿松超林旖旎陈涛孙立宁上海大学机电工程与自动化学院上海200072 苏州大学机器人与微系统研究中心苏州215021

碳纳米管与金属表面间的界面接触行为对碳基电子器件的性能研究具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了端部开口和闭口的多壁碳纳米管与金属表面间的界面接触构型和粘着强度.模拟结果表明,多壁碳纳米管在金属表面上的位置和形... 详细信息

碳纳米管与金属表面间的界面接触行为对碳基电子器件的性能研究具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了端部开口和闭口的多壁碳纳米管与金属表面间的界面接触构型和粘着强度.模拟结果表明,多壁碳纳米管在金属表面上的位置和形状变化是因为减少的范德瓦耳斯能转变成碳纳米管的内能;多壁碳纳米管与金属表面的结合能为负值,表明两者存在粘着作用;多壁碳纳米管水平地接触金属表面时的粘着强度受初始间距、接触长度和金属种类影响,即范德瓦耳斯能作用的初始间距阈值约为1 nm且最终平衡状态时的两者间距约为0.3 nm;随着两者接触长度增加,粘着强度增大,铂与碳纳米管的粘着强度比钨和铝的大;端部开口和闭口的碳纳米管与金属表面垂直接触时的粘着强度都比水平接触时的小,两端开口的碳纳米管在金属表面上发生径向压缩变形,最终形成带状结构;而两端封闭的碳纳米管在金属表面上发生轴向压缩变形;在碳纳米管场效应晶体管中,两端开口的多壁碳纳米管与单壁碳纳米管一样变形成带状结构,并且各个管壁之间以及最外层管壁与金属电极之间的间距相当,该原子尺度的间距(约0.34 nm)保证电子从金属隧穿到最外层管壁,并在内层管壁之间径向迁移.

关键词：碳纳米管范德瓦尔斯能分子动力学

一种用于主动悬架LQG控制器设计权重优化的改进遗传算法

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振动与冲击 2023年第11期42卷 278-283页

作者：段源博李靖玮罗建南上海大学机电工程与自动化学院上海200444

如何实现在不同行驶条件下汽车两大性能的最佳协调(即乘坐舒适性和操作稳定性)是主动悬架设计的关键。在LQG控制器设计中,性能指标的加权系数决定了汽车在当前条件下的各性能间的最佳平衡。而实际中需要考虑的因素来自多个方面,如不同... 详细信息

如何实现在不同行驶条件下汽车两大性能的最佳协调(即乘坐舒适性和操作稳定性)是主动悬架设计的关键。在LQG控制器设计中,性能指标的加权系数决定了汽车在当前条件下的各性能间的最佳平衡。而实际中需要考虑的因素来自多个方面,如不同路面的不平度、车辆行驶速度、车载质量、甚至还可能包括不同驾驶员偏好等,因而使得控制器设计中对权重系数的选取较难处理。针对这一难题,提出了一种改进的遗传算法优化方案。根据驾驶人(或乘员)对不同方面的性能需求,建立包含不同权值系数的适应度函数,针对适应度函数设计了典型的优化模式,并通过对惩罚函数值的适当选取来实现对性能指标加权系数的优化。通过不同工况及要求下的仿真,分析了该算法的可行性和有效性。研究结果表明,所提出的权值适应度函数优化方法简单、可行、有效。所设计的改进遗传算法能够高效地优化性能指标的加权系数以实现汽车在当前条件下的不同性能的最佳平衡,从而为主动悬架LQG控制器的设计提供一个有效的方法。

关键词：主动悬架 LQG控制器设计加权系数优化改进遗传算法

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碳纳米管的可控长度拾取及导电性分析

物理学报 2020年第6期69卷 257-266页

作者：王亚洲马立杨权耿松超林旖旎陈涛孙立宁上海大学机电工程与自动化学院上海200072 苏州大学机器人与微系统中心苏州215021

拾取指定长度的半导体性碳纳米管对大规模制造碳纳米管场效应管具有重要意义.本文提出了一种利用原子力显微镜探针和钨针对碳纳米管进行可控长度拾取的方法并进行了碳纳米管导电性分析.在扫描电子显微镜下搭建微纳操作系统,针对切割操... 详细信息

拾取指定长度的半导体性碳纳米管对大规模制造碳纳米管场效应管具有重要意义.本文提出了一种利用原子力显微镜探针和钨针对碳纳米管进行可控长度拾取的方法并进行了碳纳米管导电性分析.在扫描电子显微镜下搭建微纳操作系统,针对切割操作过程中原子力显微镜探针、钨针和碳纳米管的接触情况进行了力学建模和拾取长度误差分析.建立了单根金属性碳纳米管、单根半导体性碳纳米管及碳纳米管束与钨针接触的电路模型,推导了接入不同性质碳纳米管后电路的电流电压特性方程.使用原子力显微镜探针对碳纳米管的空间位姿进行调整,控制钨针对碳纳米管上目标位置进行通电切割,同时获取切割电路中的电流电压数据.实验结果表明,本文提出的方法能够有效控制所拾取碳纳米管的长度,增加碳纳米管与原子力显微镜探针的水平接触长度能够减小碳纳米管形变导致的拾取长度误差,建立的电流电压特性方程能够用于分析碳纳米管的导电性.

关键词：碳纳米管位姿调整长度控制导电性分析

气动肌纤维驱动仿生机体类生物变刚度特性分析

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机械工程学报 2022年第21期58卷 38-49页

作者：雷静桃张悦文上海大学机电工程与自动化学院上海200444 上海市智能制造及机器人重点实验室上海200444

四足机器人的仿生机体,大多采用刚性或单自由度机体结构,限制了四足机器人的机动性和灵活性。基于四足生物躯体解剖结构及动态弯曲运动机理分析,设计一种气动肌纤维驱动的刚柔耦合仿生机体,可实现变刚度侧向弯曲。根据仿生机体的结构,... 详细信息

四足机器人的仿生机体,大多采用刚性或单自由度机体结构,限制了四足机器人的机动性和灵活性。基于四足生物躯体解剖结构及动态弯曲运动机理分析,设计一种气动肌纤维驱动的刚柔耦合仿生机体,可实现变刚度侧向弯曲。根据仿生机体的结构,分析仿生椎间盘、仿生韧带、仿生肌肉等主要组成要素的刚度,提出一种仿生机体的串并联式刚度模型,建立仿生机体的刚度与气动肌纤维输入气压间的关系,探究在不同驱动方式下仿生机体的局部、整体变刚度特性。设计仿生机体的变刚度测试实验平台,分别开展仿生机体的局部、整体动态弯曲试验,分析其主动变刚度特性。实验结果表明,通过改变气动肌纤维的布置及充气压力,能实现仿生机体的动态弯曲,具有类生物的局部或整体变刚度特性。创新研究的仿生机体及驱动方式,为提高四足机器人的机动性提供借鉴。

关键词：气动肌纤维仿生机体动态弯曲串并联刚度类生物变刚度

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基于电诱导沉积方法制备海藻酸钙水凝胶

高分子材料科学与工程 2017年第4期33卷 154-159页

作者：陈韦男马立高海洲陈涛杨湛上海大学机电工程与自动化学院上海200072 苏州大学机器人与微系统研究中心江苏苏州215123

海藻酸钙水凝胶是一种具有良好生物相容性、生物降解性的生物医用高分子材料,但是传统制备方法不能得到具有生理结构的水凝胶。文中提出了一种基于电诱导沉积原理,使用海藻酸钠和碳酸钙混合溶液制备海藻酸钙水凝胶的方法。在分析电诱导... 详细信息

海藻酸钙水凝胶是一种具有良好生物相容性、生物降解性的生物医用高分子材料,但是传统制备方法不能得到具有生理结构的水凝胶。文中提出了一种基于电诱导沉积原理,使用海藻酸钠和碳酸钙混合溶液制备海藻酸钙水凝胶的方法。在分析电诱导沉积原理基础上,搭建了海藻酸钙水凝胶3D打印系统。建立了海藻酸钙水凝胶截面宽度模型,提出了通过调节打印喷头的移动速度控制凝胶截面宽度的方法。应用该系统打印了圆管形、正六边形及四叶草形的生物支架,并用这些结构的生物支架进行细胞培养实验,获得具有一定生物活性的细胞。

关键词：海藻酸钙水凝胶电诱导沉积 3D打印

基于扫描电子显微镜的碳纳米管拾取操作方法研究

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物理学报 2018年第13期67卷 345-355页

作者：杨权马立杨斌丁汇洋陈涛杨湛孙立宁福田敏男上海大学机电工程与自动化学院上海200072 苏州大学机器人与微系统中心苏州215021 北京理工大学机电工程学院智能机器人研究所北京100081

碳纳米管场效应管是未来纳米器件的发展方向,而制造纳米器件的前提是拾取碳纳米管,基于扫描电子显微镜(SEM)的微纳机器人操作系统能够实现碳纳米管拾取操作.本文建立拾取操作中碳纳米管与原子力显微镜(AFM)探针间范德瓦耳斯力力学模型,... 详细信息

碳纳米管场效应管是未来纳米器件的发展方向,而制造纳米器件的前提是拾取碳纳米管,基于扫描电子显微镜(SEM)的微纳机器人操作系统能够实现碳纳米管拾取操作.本文建立拾取操作中碳纳米管与原子力显微镜(AFM)探针间范德瓦耳斯力力学模型,不同接触状态下范德瓦耳斯力越大越有利于拾取碳纳米管.在SEM视觉反馈图像中建立相对坐标系,首先提出倾角变值方法检测碳纳米管与AFM探针的接触状态,然后运用动态差值方法识别碳纳米管与AFM探针空间位姿并校正碳纳米管位姿,最后自下而上拾取碳纳米管.实验结果表明:拟合直线倾角变值较大时碳纳米管与AFM探针发生接触,动态差值变化为零时碳纳米管与AFM探针为空间线接触,在完全线接触模型下选择合适的接触角度、接触长度和拾取速度能够成功拾取碳纳米管.

关键词：碳纳米管视觉反馈接触检测位姿识别

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主动电磁轴承支承的高速电机总成热平衡分析

轴承 2023年

作者：王鹏鹏孙进华李栋杰张钢上海大学机电工程与自动化学院

本文以一台由主动电磁轴承支承的110kW&24000r/min的卧式离心鼓风机作为研究对象，对其温度场进行研究，根据流体场分布情况提出相应的散热方案。首先，本文对电机总成的电磁场进行仿真，得到高速电机以及电磁轴承的损耗分布；其次，根... 详细信息

本文以一台由主动电磁轴承支承的110kW&24000r/min的卧式离心鼓风机作为研究对象，对其温度场进行研究，根据流体场分布情况提出相应的散热方案。首先，本文对电机总成的电磁场进行仿真，得到高速电机以及电磁轴承的损耗分布；其次，根据卧式离心鼓风机的三维模型提取空气流体域，分析不同风冷散热方案下冷却空气在离心鼓风机内部的流动情况，据此确定使用何种散热方案；最后，运用Ansys-fluent对设计的卧式离心鼓风机散热方案进行仿真分析，将得到的温度场仿真结果与实验数据进行对比，两者基本吻合，验证了单向磁-热耦合温度场分析方法的合理性。

关键词：温度场电磁轴承离心鼓风机散热

面向近眼显示的十字块压缩中心凹JND模型研究

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中国激光 2024年

作者：孙严睿季渊上海大学机电工程与自动化学院上海大学微电子研究与开发中心

为有效解决微显示器分辨率日益提升与设备带宽有限之间的矛盾，结合硅基有机发光二极管（OLED）微显示器的数字扫描驱动方式，提出了一种基于十字块压缩中心凹最小可觉察差（CB-FJND）模型的多位平面压缩算法，并针对子场扫描法中动态... 详细信息

为有效解决微显示器分辨率日益提升与设备带宽有限之间的矛盾，结合硅基有机发光二极管（OLED）微显示器的数字扫描驱动方式，提出了一种基于十字块压缩中心凹最小可觉察差（CB-FJND）模型的多位平面压缩算法，并针对子场扫描法中动态假轮廓（DFC）的影响以及伽马校正的需要，设计了一种基于该算法可进行多子场配置的微显示器，在现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA）平台上验证微显示器硬件框架的可行性。实验结果表明，所提出的算法在保持图像平均压缩率低于40%的前提下保证图像主客观质量，降低传输数据量。

关键词：光学器件视觉光学人眼视觉特性最小可觉察差微显示器位平面压缩