柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法.该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为“调度员“,将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能.最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果.     

用原子力显微镜测量光盘的凹坑形貌

本文首先介绍了原子力显微镜 (AFM )的特点和影响光盘播放质量的主要参数 ,其次用AFM对光盘上记录信息用的凹坑深度、凹坑长度和侧壁角度等关键参数进行了测量 ,并对测量结果进行了分析     

基于小波函数迭代的外圆磨削表面分形分析

构造了一个小波函数，通过循环迭代得到的极限函数，很好地解释了机械加工磨削表面分形特征的形成。通过自主研制开发的光学微型三坐标测量机，对具有不同表面粗糙度值的外圆磨削样件进行非接触式测量。并利用结构函数法对测量数据进行处理，求得其轮廓分形维数，结果表明该方法具有良好的准确度和稳定性；用两维快速傅里叶变换方法(2DFFT)计算了磨削表面的面维数，根据Mandelbrot公式，证明磨削表面具有各向异性，这和磨削加工机理和方法是相呼应的。     

典型纳米结构制备及其测量表征

针对纳米器件中的典型几何特征,制备了3种纳米结构,采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等测量工具对所制备的纳米样板进行了测量、分析和表征。提出转换薄膜厚度为线宽的公称值、基于多层薄膜淀积技术制备纳米宽度结构的方法,制备出了具有名义线宽尺寸分别为20 nm、25 nm、35 nm的纳米栅线结构。用离线的图像分析算法对所制备的纳米线宽样板的线边缘粗糙度/线宽粗糙度(LER/LWR)以及栅线线宽的一致性进行了评估。实验表明所制备纳米线宽样板的栅线具有较好的一致性,LER/LWR值小,且具有垂直的侧壁。采用电子束直写技术(EBL)和感应耦合等离子体刻蚀(ICP)制备了名义高度为220 nm的硅台阶样板。实验表明刻蚀后栅线边缘LER/LWR的高频成分减少,相关长度变长,均方根偏差值(σ)增大。采用聚焦离子束(FIB)制备了纳米单台阶和多台阶结构,并对Z方向的尺度与加工能量之间的关系进行了分析。     

微小空间点火装置的设计

针对微内燃机燃烧室的尺寸特征和点火形式,对微小空间点火实验装置进行了研究,设计并制作了微小空间内的放电点火装置．设计的硅微燃烧室的尺寸为1mm×1mm×1mm、3mm×3mm×1mm和9mm×9mm×1mm;点火电极位于燃烧室腔体中央,电极间隙在10一,100μm;电极材料为金．本文为微小空间放电点火特性实验研究提供了一种通用装置,也为以微型内燃机为代表的便携式微型高能电源组的微型化和实用化提供了技术支持．     

微型旋转冲压发动机设计与分析

针对微型动力机电系统(Power micro electromechanical systems, Power MEMS)研究中出现的发动机结构匮乏问题,引入旋转冲压概念,提出微型旋转冲压发动机方案;通过对MIT微型涡轮发动机结构与原理分析,提出离心旋转冲压发动机与向心旋转冲压式发动机结构。通过对半径为5 mm的冲压转子内部气流的冷态模拟计算表明,向心旋转冲压转子在边缘线速度510 m/s情况下,最大可以实现3.6 MPa左右的冲压能力,初步达到冲压发动机运转要求。此时其切向喷口的气流相对速度约为630 m/s,满足微型发动机轴功率的输出要求。流体速度场模拟结果表明,转子内部的气流相对速度小于60 m/s,轴向速度为几米到十几米每秒,有利于组织燃烧与保证驻留时间。最后阐明了转子圆周速度,燃气最高温度,转子尺寸对发动机性能的综合影响规律。     

利用典型Si(100)微结构对原子力显微镜探针参数进行表征

利用各向异性化学湿法刻蚀工艺在Si(100)上加工了具有本征侧墙角(54.73°)的典型微机电系统(MEMS)梯形结构.用该微结构作为线宽测试结构,对其进行了原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)线宽和轮廓的比对测量.并对AFM探针和样品耦合效应进行了研究,提出了AFM探针参数动态表征的模型,基于几何模型对线宽和轮廓测量中探针针尖形状和针尖位置参数进行了表征,提出了用曲率半径、安装倾角、扫描倾角和针尖半顶角来对原子力显微镜探针针尖进行表征.该方法是对现有AFM探针表征模型的改进和完善.     

亚 50 nm 台阶高度标准物质的可控制备及定值研究

纳米台阶高度标准物质可以传递准确、可溯源的纳米高度量值。 针对我国缺乏可控的高质量亚 50 nm 台阶高度标准物 质制备技术的问题,提出了基于原子层沉积结合湿法刻蚀的纳米台阶高度标准物质研制方法,通过工艺过程优化实现了台阶高 度亚纳米量级精确可控,制备出了最小公称高度仅为 5 nm 的亚 50 nm 台阶高度标准物质系列。 其定值结果可溯源到米定义波 长基准,扩展不确定度不超过 2. 0 nm,均匀性和稳定性较好,不同测试仪器一致性水平较高。 研究结果表明,所研制的纳米台 阶高度标准物质可以用于亚 50 nm 高度量值传递以及多种测量仪器之间量值的比对测量,其产业化批量生产的前景也将为半 导体产业提供完善的计量保障。     

生物检测及分子诊断高端装备的 研制及应用

以生物检测与分子诊断技术发展为背景,总结了团队在医学诊断、疾控、食品安全、检疫检验、生物学医学科学研究等领域的分子诊断高端装备的研制情况,重点介绍了实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR)分子诊断仪关键技术的研发及仪器工程化技术、检测性能的验证和在社会发展重点领域中的成功应用,手持式腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)生物发光法细菌快速检测仪的研发与应用,以及后续的全自动核酸定量检测与高分辨分析设备研制。     

油气田监测高性能微传感器及数字化系统

针对油气田特殊环境要求,介绍了一种高温高压传感器芯片的设计及加工制造方法,并研发了相关的高性能数字变送系统。所设计的高温高压传感器芯片解决了传统压阻式传感器在高温高压环境下的热稳定性问题,通过数字补偿技术进一步提升了其系统的线性度与精度,并针对油气田监测环境扩展了其相关外围设备。同时,为了适应油气田管监测理要求,设计了相关无线传感网络,以确保其工业生产的高效运行和有效控制。通过具体实验测试数据,验证了该油气田监测高性能微传感器及数字化系统的高精度及高可靠性,该系统的精度达到0.2%FS及以上,达到世界先进水平,对国内的石化工业发展有着非常重要的意义。