电润湿双液体变焦透镜

研制了介电润湿双液体变焦透镜以实现变焦透镜的微型化及无机械部件情况下透镜的自动变焦。基于介电润湿原理制备了双液体变焦透镜。采用CCD图像测量系统,测量了不同电压下透镜的焦距,并与基于高斯光学理论推导的焦距公式进行了比较。然后,采用COMSOL软件,分析了双液体界面面形随电压的变化,讨论了动力黏度系数对透镜性能的影响。结果表明,随着电压的增大,双液体界面从初始弯向导电盐溶液变为平面继而弯向绝缘油,相应的双液体透镜实现了从凹透镜到凸透镜的转变,临界电压为50V。当电压增大至65V左右时,透镜焦距不再减小。透镜焦距经历了从负到零再到正的变化(-∞,-22.83mm)∪(33.47mm,+∞),基本实现了焦距大范围可调。当动力黏度系数为0.03时,液体透镜的响应时间为0.015s,对应的器件稳定性最佳。     

双液体变焦透镜像差的测量研究

近几年,双液体变焦透镜在其结构、变焦性能和实际应用中已有了长足的发展,国内也开始自主研发设计双液体变焦透镜。在测量法国Varioptic公司的双液体变焦透镜样品焦距的基础上,利用ZYGO干涉仪以及设计相关的光路,测定了透镜样品的像差,了解样品的像差特性。根据实验可得,Arctic 320型双液体变焦透镜在0V、20V、50V和60V时的Zernike多项式系数较小,残余均方根(root mean square,RMS)反应出整个变焦透镜初级像差较小,成像效果较好,为我国研究双液体变焦透镜提供参考和比较。     

带有悬浮锥形圆环的液体变焦透镜

基于介质上电润湿效应提出了一种由覆盖有导电氧化铟锡(ITO)薄膜和疏水介质薄膜的玻璃片,悬浮在玻璃片上方的锥形金属圆环以及透镜中的液体组成的液体变焦透镜结构。通过改变施加在接地金属圆环和ITO控制电极之间的电压,实现了透镜液体的弯月面位置和曲率的可逆调整,从而改变透镜焦距。悬浮的金属圆环同时被用来使透镜中的水滴自居中,讨论了具有自居中效应的不同悬浮圆环形状对弯月面光学功率变化范围的影响。实验结果表明,施加40 V电压可以使透镜样品在2.5 cm和无限远之间聚焦,同时拥有高成像质量,光学功率变化范围达40 m^-1。本文设计的液体变焦透镜兼具低功耗、小尺寸和高度可逆等特性,在微透镜应用领域具有很大优势。     

新型可控焦距液体透镜阵列

为了提高成像品质,提出了一种新型液体透镜阵列镜头。先将油滴沉入弹性体底部形成具有可控焦距的单个液体平凸透镜,再通过唯一平台实验液体透镜阵列,制作液体透镜阵列。通过控制滴入硅胶基底的硅油液体体积大小,控制单个微透镜的折射面曲率和透镜焦距。通过位移平台,控制阵列中微透镜的排布和个数。透镜阵列制作方法简单且成本低,透镜抗挤压能力强,焦距可控,阵列规整,在制造过程中,可以控制镜头光圈和初始焦距,因此是一种实用性较高的透镜阵列。     

磁液密封中液体界面稳定性的研究

分别求解了磁液密封中被密封液体和被视为非牛顿流体的磁液的运动方程,并得出两者的速度分布.介绍了磁液密封普通液体中因两液体界面的动力学不连续性而导致界面稳定性问题的分析方法,求得磁液与被密封液体之间界面的稳定性条件及描述界面稳定性的有关临界参数,阐述了影响液一液界面稳定性的主要因素以及提高两液体界面稳定性和密封寿命的主要途径,即减小轴转速及半径,增大磁液与被密封液体的密度差,此外还可从密封结构上改变液体的运动状态和性质.     

磁性颗粒含量对磁性液体润滑性能的影响

利用分子动力学模拟的方法研究磁性颗粒含量对磁性液体固液界面润滑性能的影响,建立体积分数为5%、9.6%和14.7%的Fe₃O₄的磁性液体模型,构建磁性液体固液界面润滑模型,并对润滑模型进行结构优化与退火处理,对优化后的模型进行模拟。模拟结果显示：随着磁性颗粒含量的增大,会使摩擦因数降低,从而提高磁性液体的润滑性能;其中磁性颗粒体积分数为14.7%的磁性液体润滑下的摩擦因数比体积分数为5%的磁性液体下降了约67%。运用均方位移、动能、范德华势能和温度变化的数据,从微观角度探究磁性颗粒含量的变化对磁性液体的润滑性能的影响,揭示磁性颗粒含量对磁性液体固液界面润滑的作用机制。研究表明：磁性颗粒含量的增加,会导致磁性液体中分子的扩散能力增强,使磁性液体中的一些分子附着在固体层的表面,形成减摩抗磨性强的渗透层或扩散层,从而提高磁性液体的润滑性能;另外磁性颗粒含量的增大,会使磁性液体中分子之间的范德华力减小,会改变磁性液体的黏度,使导热性能和传热性能增强,从而改善磁性液体固液体界面的润滑性能。     

基于电润湿技术的液体微透镜研究进展

阐述了电润湿技术的概念、基本理论及其在光学透镜方面的应用机理,综述了电润湿微液体透镜的研究进展及应用前景,指出了基于电润湿技术液体透镜面临的主要问题和今后的研究方向.     

液体透镜的发展趋势

由于光电仪器日益小型化和轻量化,从而在系统中越来越多地采用了一些像非球面和自由曲面光学零件、折射—衍射混合光学零件等新型的光学零件。但是,随着镜头的变小,在很小的空间内已无法使用原有的机械方法实现对焦和变焦的功能。这就是研发小尺寸、可变焦距的液体透镜的目的。文中系统地介绍了通过调整电压或其他物理量的方法,改变介质的折射率(液晶透镜)或面型(液体透镜),从而可以改变其焦距的透镜。目前基于电湿润法原理的液体透镜已经商品化,并已经开始大量的用于手机的照相光学模组中,实现了对不同距离的物体进行对焦。但由于液体透镜的研发仅仅是开始,还有很多的性能要改善、还有很多的关键课题等待去解决。     

磁性液体阻尼器的实验研究与分析

基于实验以及ADAMS软件仿真,研究了磁性液体阻尼器的阻尼力变化情况,分析了影响阻尼力大小的各个因素。通过3组对比实验,分别分析了磁场方向与磁感应强度,活塞通道的间隙与长度,以及磁性液体的流动模式对阻尼力的影响。提出了各影响因素对阻尼力大小的作用规律,可为磁性液体阻尼器的设计和控制策略的确定提供理论参考。     

磁性液体阻尼器的实验研究与分析

基于实验以及ADAMS软件仿真,研究了磁性液体阻尼器的阻尼力变化情况,分析了影响阻尼力大小的各个因素。通过3组对比实验,分别分析了磁场方向与磁感应强度,活塞通道的间隙与长度,以及磁性液体的流动模式对阻尼力的影响。提出了各影响因素对阻尼力大小的作用规律,可为磁性液体阻尼器的设计和控制策略的确定提供理论参考。     

基于AVR单片机的双液体变焦透镜驱动系统

基于电湿效应的圆锥形双液体变焦透镜是一种新型的透镜,它通过外加电压改变液面曲率半径来实现变焦,从而达到无机械运动变焦的目的。现设计了一种基于AVR单片机的驱动系统,该系统通过调整输出PWM波的占空比可以对外输出一个频率固定为1kHz、幅值可调的电压,用于驱动双液体透镜改变焦距。电控系统可以方便快捷地调整输出电压的大小,从而驱动双液体变焦透镜快速、稳定地改变焦距。     

光轴可调的电湿润变焦透镜

研发新型的微变焦透镜已经成为当代科学的热门项目.文中提出了一种基于电湿润效应的光轴可调的液体变焦透镜并制作出了样品,它由一个内壁镀有绝缘层和疏水层的圆锥形铝筒、镀有ITO的透明玻璃下基板、锥形筒内的两种液体以及绝缘底座组成.铝圆锥形筒等分为四部分,并相互绝缘.通过改变施加于四个部分和ITO基板的电压,来控制两液体交界面...     

基于液体透镜的自动变焦扫描镜头的设计与验证

由于定焦镜头自身的景深问题使传统的扫码器不具备大的工作距离。为了满足工作人员在不更换扫描器的情况下既能实现近距离的信息读取又能实现十几米外的信息读取，研发了一款基于电润湿（electrowetting on dielectric，EWOD）液体透镜的自动变焦扫描镜头。通过调整液体镜片形状来实现镜头参数特别是焦距的变化，使得从近到远的所有对象都能成像在焦面上，从而达到自动变焦的效果。通过Zemax软件设计出一款成像范围为80 mm至无穷远的自动变焦扫描镜头，并完成了成像质量的验证。     

Effect of liquid bulk density on thermal resistance at a liquid-solid interface

Thermal boundary resistance (TBR) at a liquid-solid interface that consists of simple Lennard-Jones atoms is studied by molecular dynamics simulation. A liquid layer is confined narrowly between flat solid surfaces in the simulation, and the mean density of the confined liquid is varied. A thermal gradient is imposed in the system by applying constant heat flux, and TBR is calculated using the temperature-profile results. TBR is highly dependent on the bulk density of liquid when the liquid does not wet well with the solid. The bulk density gives a dominant influence over the liquid-side structure at the interface, which determines TBR in part. In the system of fluid on a high energy solid surface, the wetting system, even when the interfacial structure shows a marked dependence on the density, TBR depends less on the bulk fluid density.     

MEMS中的高热密度的散热设计

MEMS中的热密度高于80 W/cm2,发热问题已严重影响着其可靠性.文中从微小结构液体冷却热交换设计理论分析和试验着手,研究高热密度情况下的MEMS散热设计.宏观下的流体力学和传热学在微尺度中存在尺度效应.由于微结构中流体表面张力的影响,使流体流动状态由层流变成紊流的重要参数雷诺数Re约为900~1100时,流动状态将发生变化.基于目前MEMS微体加工的可能,文中给出了三种在MEMS中使用的液体冷却微热交换器的设计,经计算机仿真,该热交换器有较大的使用价值.     

In situ observation and interferometric characterization of solid–liquid interface morphology in directionally growing transparent model systems

The performance of a new directional solidification device dedicated to the characterization of solid–liquid interface morphology by means of optical methods is presented in this paper. In contradiction to usual solidification studies on transparent materials carried out on thin films, which eliminates the complex coupling between solidification and convection, this device enables in situ and real time studies on bulk transparent materials. The alloy is contained in a cylindrical crucible and observation is performed in two perpendicular directions: the growth one and the transverse one. In addition to direct observation by light transmission in those directions, an interferometer is also set up in the growth direction to provide information on the shape and the motion of the interface through an analysis of the interferometer fringes. The combined determination of solidification front characteristics by these three observation modes has already given critical information on interface dynamics: front recoil measurements during initial transient, formation of microstructure patterns, and influence of convection on the triggering of instabilities.     

正交铺层碳纤维复合材料板电涡流分布三维有限元仿真

采用ANSYS软件对正交铺层CFRP板电涡流分布进行了有限元仿真。建立了包括线圈、复合材料板和空气区域的三维仿真模型,采用谐响应分析方法对模型电涡流进行了计算,重点给出了CFRP板电涡流分布规律。开展了电涡流分布的影响因素分析,分别研究了探头线圈激励频率、激励电压以及探头与CFRP板之间距离对电涡流分布的影响规律,给出了各因素对电涡流强度和分布形状的影响结果。