高分辨率熔融金属电流体喷印直写工艺

固态金属材料以其高导电性和低成本等特点在柔性电子器件的制造中具有巨大的应用潜力,但现有熔融金属微制造工艺的制造精度有限。为了提高熔融金属在导电结构制备中的分辨率,研发了一种熔融金属电流体喷印直写打印方法。对该方法的基本原理进行阐述。利用自主研发的熔融金属电流体喷印喷头装置,以金属锡为原料进行实验,对打印工艺参数进行了研究。探究了脉冲峰值电压、喷嘴高度、打印速度对锡线成型质量的影响规律,研究结果表明：当脉冲峰值电压4.0 kV,喷嘴高度0.20 mm,打印速度2.0 mm/s时,锡线成型质量最好,能实现线宽约为50μm的锡线制备。最后,结合优化的工艺参数在聚酰亚胺(PI)薄膜上制作了高分辨率导电图案,验证了该方法的可行性,为熔融金属材料在柔性电子器件制造中的应用提供了新途径。     

大粘度压电微喷系统的研究

面向航天器内运动部件润滑失效问题,研究设计了一种大粘度压电微喷系统.提出了环形收缩管式微喷头的加工方法,并构建了整个装置试验样机.以50％和95％高粘度的甘油水溶液为实验研究对象,对形成稳定喷射时所需的信号频率、电压、保持时间及液面高度进行了研究.研究结果表明,随着液面高度的增加最佳驱动频率减小,随着喷射溶液粘度的增大喷射所需电压增大;在保证最优保持时间的条件下,液面高度越小所需喷射电压越小,随着喷射溶液粘度的增大,能形成稳定喷射的频率带逐渐变窄.     

基于电流体动力学喷印法的胶体量子点MEMS气体传感器性能

针对传统的成膜工艺无法实现在百微米级并且结构悬空的微电子机械系统(MEMS)基板上实现气敏薄膜制备的问题,利用电流体动力学(EHD)喷印技术结合氧化钨(WO₃)胶体量子点进行气敏薄膜的无掩模沉积。考虑MEMS基板对沉积精度和工艺条件要求较高,因此首先基于EHD理论建立EHD喷印的数值模型,模拟锥射流形成过程以及电压、油墨属性等因素对锥射流稳定性的影响,并采用实验进行对比分析,验证仿真的有效性并制备出符合喷印的墨水,后采用EHD喷印制备MEMS气体传感器。实验结果表明,利用EHD喷印方法制备的WO₃气体传感器的薄膜致密均匀,在150℃下功耗仅20 mW,对体积分数5×10^-6 NO₂的响应值约为10,能实现体积分数5×10^-7～1×10^-5的NO₂检测,检测下限低至1.6×10^-7,具有优异的气敏性能。     

差压式流量传感器的数值模拟与优化设计

利用RNGk-ε模型对100mm口径锥体差压式流量传感器进行了CFD数值模拟实验,其等效直径比β值分别为0.50,0.65,0.85,前锥角分别为40°,45°,50°,后锥角分别为120°,130°,140°,共27种锥体组合。实验结果表明:β值越大,流出系数越小,且流出系数更易受雷诺数的影响;β值相同时,前锥角对流出系数具有较大影响,且较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响;后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响。     

差压式流量传感器的数值模拟与优化设计

利用RNGk-ε模型对100mm口径锥体差压式流量传感器进行了CFD数值模拟实验,其等效直径比β值分别为0.50,0.65,0.85,前锥角分别为40°,45°,50°,后锥角分别为120°,130°,140°,共27种锥体组合。实验结果表明：β值越大,流出系数越小,且流出系数更易受雷诺数的影响;β值相同时,前锥角对流出系数具有较大影响,且较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响;后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响。     

载气式同轴送粉喷嘴的数值模拟及实验研究

为了提高同轴送粉喷嘴的汇聚性,增大粉末汇聚焦距,解决成形过程中粉末利用率低及粉末反弹造成的喷嘴堵粉等问题,研究了同轴送粉喷嘴结构参数中的粉腔间隙和粉腔锥角对粉末汇聚的影响规律。计算结果表明,在其他工艺参数一定的条件下,粉腔间隙越小,粉末的汇聚性越好;粉腔锥角越大,粉末的汇聚焦距越大,有利于零件的成形。所建模型和模拟结果对同轴送粉喷嘴的结构优化设计具有参考价值。并对模拟结果进行了实验验证,得到了工艺参数对单道高度和宽度的影响,并优化了工艺参数,最终制造出高度均匀的薄壁零件。     

磁性显示微胶囊的同轴双喷头法制备

利用微胶囊技术,以海藻酸钠和明胶为壁材,四氧化三铁的混合溶液为芯材,采用同轴双喷头法制备了磁性显示微胶囊。考察了芯材溶液压强、壁材溶液压强、芯材溶液搅拌速度、喷头高度和喷头角度对微胶囊合格率的影响。结果表明,最佳制备参数为芯材压强175 kPa,壁材压强300 kPa,芯材溶液搅拌速度600 r/min,喷头高度40 cm,喷头角度35°。在最佳条件下制备出的磁性显示微胶囊粒径主要分布在100～250μm,内外表面光滑,囊壁透明,分散性好,形态完整,具有良好磁响应性。     

气固两相自由射流中颗粒相粒度、浓度和速度测量装置

为对喷嘴出口内径为42mm的气固两相自由射流进行实时测量,研制成一台颗粒粒度、浓度和速度的测量装置。论述了根据Mie散射理论的渡越时间测量技术进行颗粒粒度和平均速度测量的基本原理,对粒径范围在10～105μm氧化铝粉末进行了一系列试验,所得结果进行了分析讨论。     

电磁反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的偏振特性

本文研究了部分相干电磁反常涡旋光束(PCEAVB) 通过各向异性non-Kolmogorov大气湍流后的偏振 度和偏振态的变化。研究结果表明,PCEAVB的偏振度分布为同心的圆环,而随着光束阶数n和拓扑荷数 m的增大,同心圆环数逐渐增加,分布越密集。光束阶数n越高、拓扑荷数m越低,高偏振度 分布区域越 趋于中间区域;反之,则趋于外环分布。PCEAVB的偏振态随着传输距离z的增 加由均匀线偏振变成非均 匀线偏振,偏振角呈现圆环状分布,且偏振角较大的区域随着传输距离z的增大而逐渐向外 环移动。拓扑 荷数m越大、光束阶数n越小,PCEAVB的偏振角较大的区域越靠近 于中心区域。而且光束阶数n和拓扑 荷数m越大的PCEAVB,偏振态受到湍流的影响越小。且各向异性越强的大气湍 流对PCEAVB的影响越小,光束演化得越慢。     

反应离子深刻蚀中硅/玻璃结构footing效应的实验研究

针对反应离子深刻蚀中硅/玻璃键合结构的footing效应问题,用实验方法进行了研究.通过2～4和0.01～0.03Ω·cm两种不同电导率的硅结构过刻蚀的对比,以及对50,20和5μm三组不同间隙高度的器件结构过刻蚀的对比,揭示了单晶硅结构的电导率及器件结构和玻璃衬底间隙高度对footing效应的影响.实验结果显示电导率为2～4Ω·cm的硅结构比电导率为0.01～0.03Ω·cm的硅结构footing效应严重;硅结构和玻璃衬底的间隙为5μm的比间隙为20和50μm的footing效应严重, 对这一现象的理论分析认为,被刻蚀的硅的电导率越高, 硅结构与玻璃衬底的间隙越大,footing效应越不明显.本文中不同电导率和不同间隙高度的实验对比结果可以为硅微传感器材料类型的选取和器件的优化设计提供参考.     

反应离子深刻蚀中硅/玻璃结构footing效应的实验研究

针对反应离子深刻蚀中硅/玻璃键合结构的footing效应问题,用实验方法进行了研究.通过2～4和0.01～0.03Ω·cm两种不同电导率的硅结构过刻蚀的对比,以及对50,20和5μm三组不同间隙高度的器件结构过刻蚀的对比,揭示了单晶硅结构的电导率及器件结构和玻璃衬底间隙高度对footing效应的影响.实验结果显示电导率为2～4Ω·cm的硅结构比电导率为0.01～0.03Ω·cm的硅结构footing效应严重;硅结构和玻璃衬底的间隙为5μm的比间隙为20和50μm的footing效应严重, 对这一现象的理论分析认为,被刻蚀的硅的电导率越高, 硅结构与玻璃衬底的间隙越大,footing效应越不明显.本文中不同电导率和不同间隙高度的实验对比结果可以为硅微传感器材料类型的选取和器件的优化设计提供参考.     

轴锥镜对无衍射成像系统景深的影响

在介绍轴锥镜线焦特性的基础上,分析了轴锥镜对成像系统景深的影响.根据轴锥镜镜的线焦特性,阐述了基于轴锥镜的大景深成像系统的基本原理,并设计了两步成像的大景深成像系统.通过对该系统点扩散函数和景深的分析,发现可以通过改变轴锥镜的角度来实现不同景深的成像系统.对轴锥镜夹角分别为θ1＝0.01和θ2＝0.25的两个成像系统,其景深分别为D1＝323.59 mm,D2＝122 mm.实验结果表明轴锥镜能增大光学系统的景深,夹角越大景深范围越小.     

电流体动力学近场直写工艺参数对微图案的影响

以聚氧化乙烯(PEO)为直写溶液,光泽柔性绝缘相纸作为基板材料,采用自主研制的电流体动力学近场直写(ENDW)设备直写微图案。研究了工作电压、直写高度和直写溶液的质量分数等参数对PEO溶液的直写微图案宽度的影响。结果表明在使用质量分数3%的PEO溶液在进行直写时,喷嘴与基底之间的工作电压从1.1 kV增大到2.6 kV,PEO微图案的平均宽度从35.61μm下降到23.3μm,并且图案宽度的工艺误差从8.24μm下降到2.21μm。随着工作电压的增大,喷嘴处的射流形态变化依次为:液滴状、弯液面、稳定射流、多股射流。同时研究发现,通过降低直写高度和增加PEO溶液的质量分数,能进一步减小微图案的宽度,并且能够提高微图案宽度的均匀性。     

高斯镜参数对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响

实验研究了输出镜为不同参数高斯镜时,偏心对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响及激光器的输出特性。仅当光轴与激光晶体中心轴、Q开关中心轴一致,且经过高斯镜反射率中心时,可同时实现最大能量、最窄脉冲宽度和最小发散角输出。存在偏心时,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越大,则能量下降越多,脉冲宽度和发散角增大越大。对于反射率半径为2.5 mm和中心反射率为30%的高斯输出镜,偏心0.5 mm时,能量降低7%,脉冲宽度增宽33%,发散角增大20%。激光性能方面,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越小,光束质量越好,但效率低。综合考虑偏心影响和激光性能,反射率半径为2.75 mm和中心反射率为20%的高斯镜作为输出镜最佳。泵浦能量为984 mJ时,获得了能量128 mJ,脉冲宽度7.3 ns,光束质量M2因子约4.6的1064 nm激光输出,对应光光转换效率为13%。实验结果为激光器设计和装调提供了参考。     

用于光纤耦合的无衍射光束研究

在光纤耦合理论及圆锥透镜产生无衍射光束理论的基础上提出了无衍射光束在光纤耦合中的方法.相对于其他方法,无衍射光束更容易耦合进入光纤,特别是单模光纤,并且在其最大准直距离内耦合效率几乎不变,可以减小装调难度.对此方法进行理论分析,并进行实验,加工了光纤耦合使用的圆锥透镜,其锥角为10°,通光半径为5mm.波长为0.632...     

激光微孔加工中调节孔锥度的算法研究

基于超快激光倒锥孔微加工技术需要,提出了一种利用电光晶体的电光偏转原理调节光束产生动态精密微位移的方法。通过四块楔形电光晶体的特定方式组合,调节施加在电光晶体上的电压大小,可使出射光束产生动态的横向位移。在此方法的基础上施加旋转运动,可实现激光加工锥度可控的倒锥孔。本文介绍了横向位移的产生方法,分析了产生最大横向位移的影响参数,举例使用KDP,D-KDP,RTP等电光晶体,讨论了不同长度下,所产生的动态横向微位移范围。入射光束直径3 mm,电光晶体厚度3 mm,宽度30 mm,总长为210 mm,楔角α为0.3 rad,调节电压从0～90000 V时,RTP电光晶体可产生0～700μm的动态横向位移。     

线弧参数对铝丝楔焊键合强度的影响研究

文章主要研究了铝丝楔焊键合过程中线弧参数对键合拉力的影响规律,分析了线弧高度、线弧起始角度、拉弧过程中反向距离与键合拉力之间的关系,实验研究表明线弧高度越大,键合拉力越大;不同线弧起始角度和反向距离对稳定性烘焙试验前键合拉力影响不大,而经过300℃、1 h烘焙后,起始角度太大和反向距离越长,其键合拉力离散性大,并出现小于3 gf的拉力情况,这些实验现象和分析结果为实际生产中键合工艺的优化提供了参考。     

基于轴锥镜大景深成像系统的研究

增大光学系统的景深已成为一项有意义的研究主题.根据轴锥镜的线焦特性,阐述了基于轴锥镜的大景深成像系统的基本原理.简单讨论了点光源在透镜前不同位置时系统点扩散函数的形式,并分析出其形状随点光源距透镜距离的改变而变化.利用无衍射光束的形成条件,推导出系统景深的计算公式.对于由半径为15mm,锥角为 0.01rad的轴锥镜和焦距为 125mm的透镜组成的成像系统,其焦深可达336mm.实验结果表明用轴锥镜能增大光学系统的景深.     

剪切式压电喷头多致动壁结构制备及特性分析

剪切式压电喷头多致动壁结构是压电喷头的核心部件,针对国外在这一领域的长期垄断,通过对致动壁的特性分析,设计了剪切式压电喷头多致动壁结构,并探索出一种改进的制备工艺。通过极化、切割、二次极化、镀电极和焊线工艺,制备出长、宽、高分别为9.5mm、70μm、400μm的致动壁和液体腔。在有限元分析软件COMSOL下构建致动壁结构仿真模型并进行测试实验。结果显示,壁间电压在0～60V内,致动壁振动位移与其施加电压大小呈近似线性关系,仿真与实验与结果平均偏差约为4nm,最大偏差6.4nm,两者吻合度达87%,符合喷墨要求,为剪切式喷头的研制提供了应用可行性。     

Ag/AgCl电极面积对电化学噪声的影响

模拟海洋电极的使用环境,以电极的化学反应过程为基础,利用粉压成型工艺,制成φ10高度分别为5 mm、8 mm、11 mm的3组具有不同表面积的电极,并研究了电极表面积对其噪声及稳定性的影响。通过测试得出高度为5 mm的电极最不稳定,噪声最大;而高度为11 mm的电极稳定性最佳,且噪声最低。实验结果表明,增加电极的表面积,有利于提高电极的稳定性,并降低电极的噪声。