范德华力对硅基微悬臂梁抗粘附稳定性的影响

通过在硅微悬臂梁与基底表面上涂覆低表面能的憎水性OTS(CH3(CH2)17SiCl3)膜,以除去接触面间的表面张力;把梁与基底均接地,以除去接触面间的静电力,研究仅有范德华力作用时,硅微悬臂梁结构的抗粘附稳定性.根据两接触面均为粗糙表面的微观实际接触模型,在接触表面产生塑性变形的情况下,计算范德华粘附能大小,并分析表面形貌对其影响,得到粗糙表面接触的微梁抗粘附临界长度.     

考虑范德华力的微型活齿传动系统应力分析

提出了一种微型集成活齿传动系统,介绍了其工作原理,推导了微尺度下任一活齿在不同啮合位置的静力学方程,利用范德华势函数对活齿所受的范德华力进行求解,研究了考虑范德华力时啮合活齿所受波发生器、活齿架、中心轮三者作用力的变化规律;运用Hertz理论,对活齿与波发生器、活齿架、中心轮的接触应力进行了理论推导,并研究了微结构不同几何参数对活齿所受作用力及接触应力规律的影响。     

基于微悬臂梁的传感技术研究

本文对基于微悬臂梁的传感技术从四方面展开讨论,分别介绍了微悬臂梁的制造工艺,修饰技术,激励、检测和控制技术,以及与其它电路的工艺集成技术。微悬臂梁在液体中,工作在动态模式时,品质因数的提高问题一直是国内外研究的焦点。本文的重点便是介绍国际上最新出现的两种品质因子控制技术,一种是对微悬臂梁的材料进行了改进,使其在水溶液的品质因数达到40,另一种是把液体环境转移到悬臂梁内部,使其在水溶液中的品质因数达到700。     

微悬臂梁的平衡和稳定性研究

对原子力显微镜(AFM)在接触和非接触工作模式下的平衡状态和稳定性进行了研究,分析研究了微悬臂梁的长度以及探针与被测样品表面之间的距离对平衡位置的影响,获得了平衡位置与悬臂梁的长度以及与被测表面之间的规律,该结论为微悬臂的设计和改进提供了理论指导。     

ZnO压电薄膜微悬臂梁的结构设计及研究

当压力作用在ZnO压电薄膜微悬臂梁上时,产生电荷量的大小将直接决定压电传感器灵敏度的高低.根据等效截面法,推导了复合微悬臂梁所受的作用力与其产生电荷量的关系方程,为传感器标定和力的测量提供理论依据,并依据此转换方程,对压电微悬臂梁的结构尺寸进行比较分析,以提高传感器的灵敏度和分辨率.此研究为压电微悬臂梁压力传感器的结构优化设计提供了一定的参考.     

不同加载方式对微悬臂梁弹性系数的影响

悬臂梁的物理性能参数尤其是弹性系数对MEMS中微器件的性能有着重要的影响.根据材料的弹性小变形原理,分析了不同加载方式对悬臂梁弹性系数的影响.结果表明:悬臂梁在不同加载方式下,具有不同的弹性系数.其中,当其承受端部、中部集中栽荷时,分别获得最小、最大弹性系数值.为满足不同应用要求,设计合理的加载方式提供了参考.     

碳纳米管压阻微悬臂梁红外热探测器的研究

研究了压阻复合层微机械悬臂梁红外探测器的热挠曲理论模型。利用IC工艺和微机械加工技术设计制作了一种硅/铝/碳纳米管三层微机械悬臂梁红外探测器,该探测器基于硅和铝两种材料热膨胀系数的差异,存在双物质效应,不同温度下梁的挠度不同,其形变可通过梁根部的压敏电桥检测。为提高探测器的红外吸收特性,实验探索出了在微机械悬臂梁上涂敷碳纳米管吸热层的工艺方法。实验研究了具有碳纳米管薄膜吸热层的三层微机械悬臂梁红外热探测器对红外辐射的响应规律,结果表明涂敷碳纳米管吸热层使响应灵敏度提高近一倍。     

多层悬臂梁静电作用下的弯曲及吸合电压分析

多层悬臂粱MEMS器件具有广泛的应用,其吸合电压对器件性能有重要影响。通过选取合适的挠度试函数,并考虑多层悬臂梁中的绝缘层对等效间隙高度的影响,运用能量法分析了多层悬臂梁在静电作用下的弯曲情况。推导出了梁在发生吸合现象时,其自由端归一化的挠度值和对应的吸合电压的解析表达式。用Coventor软件中的CoSolveEM模块验证所得公式,表明模型具有较高的精度。所得结论对静电执行结构设计具有一定的参考价值。     

基于静电力的可溯源微悬臂梁刚度标定方法

许多研究机构都建立了微纳力值测量系统,并达到了非常高的测量精度。但是,对微纳力值的传递却很少研究。采用无源悬臂梁作为微纳力值传递标准,提出基于静电力原理的"类参考梁法"悬臂梁刚度测量方法。该方法可准确且便捷地测量悬臂梁刚度,并将其溯源至长度、电压、电容等国际单位(SI)。应用类参考梁法,对刚度范围在1.45~91 N/m的悬臂梁刚度进行测试,相对方差均小于0.6%,结果表明,类参考梁法具有很好的稳定性。许多因素将影响测量结果,对导致测量误差的因素进行逐一分析。类参考梁法悬臂梁刚度测量合成不确定度低于5%,表明该方法具有可行性。类参考梁法有效改善了悬臂梁刚度测试的不确定度,在AFM高精度微纳力值测量中具有重要的意义。     

一种微开关悬臂梁的静力变形分析模型及其应用

建立一种微开关悬臂梁的静力变形分析模型,该模型将微开关悬臂梁的受力变形分为三个阶段,受电场力作用的悬臂梁阶段,受电场力作用的一端固支、另一端铰支的单跨梁阶段以及受电场力和集中力联合作用而保持自由端有指定的位移和零转角阶段。第二阶段中铰支端支反力的大小以及第三阶段中集中力的大小和作用位置均与电场力的驱动电压有关;同时文中将求解微开关悬臂梁挠度的高阶微分方程问题转化为含有未知初始条件的一阶微分方程组问题。在实例中,设计一种求解未知初始条件的迭代方法,并给出部分计算结果,从中可得出一些有益的结论。     

微悬臂梁长度对梁末端与底座粗糙面间接触的影响

将磁致伸缩效应等效为材料的热膨胀效应,考虑微梁末端与底座粗糙面微凸体间的相互作用、材料弹塑性变形及微梁弹性恢复力等影响,利用ABAQUS动态模拟了磁致伸缩薄膜悬臂梁末端与底座粗糙面间的接触,分析了不同长度悬臂梁对接触特性的影响。结果表明,重复加卸载过程中,接触面积、法向接触力随着微梁长度的增加呈近似线性增长,而最大等效塑性应变值随微梁长度的增加呈非线性关系,说明微梁长度对梁与底座粗糙面间接触特性的影响十分重要,进而影响到系统工作的可靠性。     

微磨料水射流机床悬臂梁的有限元分析

微磨料水射流切割机床的切割精度与机床数控平台、数控系统精度以及水射流工艺参数直接有关,同时还与安装水射流切割头及其附件的悬臂梁刚度和绕曲变形有关.针对微磨料水射流机床的重要部件悬臂梁进行了Solidworks三维建模,基于ComsWorks进行了静态和模态分析.分析表明,微磨料水射流切割机床悬臂梁固有一阶、二阶、三阶和四阶频率分别为20Hz、31Hz、91Hz和104Hz.为了避免引起共振,负载频率应以一定幅度错开其固有频率.现有悬臂梁结构具有足够的刚度.     

压电微悬臂梁传感器性能的数值模拟研究

基于力-电双向耦合理论,采用有限元方法,数值模拟研究压电微悬臂梁的灵敏度,并进行参数分析,为设计性能优良的悬臂梁提供理论依据。理论分析微悬臂梁在空气和液体中的共振频率和自身结构参数的定量关系,灵敏度与共振频率变化量、被测物质量的关系,通过数值模拟得到悬臂梁长度、宽度、厚度及共振阶数对微质量检测压电悬臂梁灵敏度的影响。在长期研究OPCM压电传感材料的基础上,进一步提出纵向振动的OPCM材料制作悬臂梁,数值模拟结果表明OPCM比PZT悬臂梁具有更高的灵敏度。数值模拟结果为设计性能优良的悬臂梁提供理论依据。     

应变梯度对静电力驱动微梁吸合电压的影响

基于应变梯度理论,建立静电力驱动微梁的控制方程,通过瑞利-利兹法对微梁的控制方程进行降阶,得到一组非线性代数方程。利用牛顿-拉菲森法求解该方程组,确定微梁的吸合电压,分析应变梯度对吸合电压的影响规律。结果表明,当微梁的无量纲厚度减小时,无量纲吸合电压将显著增大,表现出明显的尺寸效应;随着材料内禀特征长度的增加,无量纲吸合电压的尺寸效应也越显著,说明应变梯度对微梁的吸合电压影响显著。随着微梁无量纲厚度的减小,残余应力对无量纲吸合电压影响显著,可以减弱应变梯度对无量纲吸合电压的影响;同时应变梯度可以显著降低中面伸长对吸合电压的影响。分析结果可为微机电系统中微梁的设计提供参考。     

原子力显微镜微悬臂梁品质因数的数字调控技术的研究

为了提高轻敲模式原子力显微镜的微悬臂梁的低品质因数，在分析品质因数调控技术原理的基础上，设计了基于DSP的品质因数数字调控系统。该系统结构简单，操作方便，智能性和实时性好，能够比较精确地调控微悬臂梁振动的品质因数。通过对比液体中微悬臂梁振动的频谱以及蛋白质分子的成像实验证明，该数字调控电路能够提高微悬臂梁的力灵敏度，非常适合用于对软样品的检测。     

MEMS薄膜等效应力梯度在线提取方法的研究

提出了一种利用静电作用下悬臂梁的吸合电压提取薄膜沿厚度方向的等效应力梯度的方法,实际模拟表明该方法计算速度快、精度高,能够应用于实际工艺过程中的在线测量.     

基于微悬臂梁的微量液体浓度定量检测

采用双材料微悬臂梁结构,实现了一种对微量液体浓度的定量检测方法.该方法是基于双材料微悬臂梁的温度敏感性,当微定量液体分析物吸收光热光谱特征波长的光时,温度发生变化,悬臂梁相应会发生弯曲,通过光杠杆法测量弯曲量,从而实现微悬臂梁对微量液体浓度的定量检测.为了验证对微量液体浓度测量的适用性,实验中采用了已知在980 nm处...     

聚合物双层微悬臂梁传感器光热激励的特性及模拟优化

文中研究了聚合物基双层悬臂梁在光强和温度变化的激励下的挠度特性,并利用建立的数学模型通过采用Matlab程序进行了模拟和优化.实验得出:在热激励下聚合物(PMMA)悬梁镀金以及悬梁和金属膜厚度比值为0.1时最优化;在光激励下聚合物悬梁镀铬以及悬梁和金属膜厚度比值为0.03时最优化.研究为制作聚合物双层传感器的研制提供了理论分析和优化设计的基础.     

基底与微悬臂梁间接触-分离的动态分析

将基底与微悬臂梁间的接触简化为一理想平面基底与微悬臂梁粗糙面间的接触,在考虑微悬臂梁的弹性恢复、两接触体的弹塑性变形以及粗糙面微凸体间相互粘着作用的基础上,运用ABAQUS大型有限元软件实现了微悬臂梁与基底的接触-分离动态分析。结果表明,该撞击过程实际上是一个复杂的多次弹塑性撞击过程,一般存在2个以上的明显撞击区,每个撞击区包含了形式多样的复杂的次生撞击过程,并且每次撞击力较静态接触力大很多,因此造成的影响很大。其对今后的材料摩擦磨损具有一定的理论指导意义。     

基于激光多普勒技术的微悬臂梁机械特性的测量

介绍了一种微悬臂梁离面运动测试系统。结合显微激光多普勒技术,分析了用于间接测量微悬臂梁机械特性的方法,采用虚拟仪器技术建立控制系统,编辑器件激励和数据采集、处理软件,实现了对微悬臂梁的动态特性和杨氏模量、弹性系数等机械特性的测量。最后利用该测试系统对矩形、三角形微悬臂梁杨氏模量进行了实验研究,并计算了两种微悬臂梁的弹性系数。经实验证明,用该方法测量悬臂梁机械特性得到的弹性系数和杨氏模量误差小于7．5％。