基于纳米压入技术的新型MEMS/NEMS材料力学行为表征

准确了解微/纳米特征尺度条件下材料的力学性能是MEMS/NEMS(micro/nano electro-mechanical system)材料实际应用的一个关键前提条件.文中研究基于纳米压入技术的新型MEMS/NEMS材料力学行为的表征方法,包括高聚物、一维结构纳米材料和形状记忆合金等.研究结果表明,纳米压人技术是评定这些新型MEMS/NEMS材料力学性能的有力工具,并可作为有效的实验手段,揭示力学行为与其依存诸因素之间的内在关联.     

一种MEMS热微执行器的设计与制作

介绍了基于热膨胀效应的V型梁MEMS微执行器并联阵列结构,并对其进行结构设计、仿真和制作;为确定微执行器的结构参数同其位移和驱动力的关系,对V型悬臂梁进行了理论分析;为提高位移和驱动力,运用ANSYS对微执行器进行有限元分析,优化结构参数;根据模拟结果,采用SOI硅片和微细加工DRIE技术制作了这种V型梁微执行器并联阵列。     

微型涡轮和微型齿轮泵的研制

微型机械制造和装配是微型机械发展的关键。本文介绍了微型涡轮和微型齿轮泵的原理与特点，并通过对微型涡轮和微型齿轮泵的研制，对微型机械的制造及装配工艺、微构件的机械强度等方面进行了有益的探索，同时也说明了二者的应用前景     

等离子体低温刻蚀单晶硅高深宽比结构

等离子体低温刻蚀是一种针对高深宽比结构的干法刻蚀技术。本文在低温刻蚀单晶硅样品时得到典型的刻蚀结果为:各向异性值>0.99,硅刻蚀速率>1.5μm/min,对SiO2刻蚀选择比>75,说明该刻蚀方法很具竞争力。通过对载片台温度、反应气体配比、腔体气压和ICP线圈功率等工艺参数的系列实验分析,证明低温刻蚀高深宽比硅微结构必需一定的低温和氧,同时揭示出低温刻蚀过程的主要控制因素是离子轰击而非刻蚀表面的化学反应。本文还对刻蚀过程中刻蚀滞后和凹蚀现象的产生机理进行了分析讨论,指出介电质掩蔽层的充放电效应导致了凹蚀,而刻蚀滞后的诱因则与通常的刻蚀情况不同,主要是台阶对离子轰击的覆盖效应。     

基于微机械电子技术的黏度测量传感器

黏度作为流体特性的基本问题,在生物化工等诸多工程中是控制生产流程、保证安全生产、进行医学诊断及科学研究的基础性热物数据,为满足各个领域高精度与高效快捷的黏度测量需求,近年来黏度测量手段已不局限于如毛细血管法、旋转法等传统意义的宏观测量方法,基于微纳米尺度的黏度测量技术已展现出其突出的发展与应用前景.微机械电子系统(Micro-electromechanical systems,MEMS)技术的蓬勃发展促使黏度测量集成化、智能化与实时性,多样化黏度测量方法不断涌现,其中谐振式黏度测量受到颇为广泛而深入的关注,并显示了瞩目的 检测性能.首先回顾传统的黏度测量方法,然后再介绍了基于微机械电子技术的谐振式黏度测量方法,并分别总结了各自的特点.最后,对MEMS谐振式黏度测量方法的发展趋势进行了展望.     

闪耀光栅制备工艺与结构保真性研究

针对气体检测中分光应用的闪耀光栅,该文在硅片上制备聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)薄膜,采用热压印及后续工艺制备了硅基的聚甲基丙烯酸甲脂闪耀光栅,通过实验分析研究了复制闪耀光栅的保真特性。研究表明,通过聚甲基丙烯酸甲脂制备、热压印及后续工艺可得到具有高保真性的微闪耀光栅,而这种方法所获得的闪耀光栅与传统方法加工的闪耀光栅相比,在效率、成本方面均具有较明显的优势。     

自动垂直钻井工具用涡轮发电机磁力驱动器设计

自动垂直钻井工具测试与控制功能的耗能由井下涡轮发电机提供。为了解决井下涡轮发电机适应泥浆工作环境的问题,将动密封补偿式保护技术和磁力驱动技术结合,取得了增加动密封可靠性、提高高速轴承使用寿命、改善发电机效率、避免发电机线圈和磁钢体直接被泥浆冲蚀的良好效果。该涡轮发电机的设计不仅包括发电机本身性能参数、结构参数设计,还包括磁力驱动器和动密封补偿式保护组件中的补偿弹簧等相关参数设计。给出了井下涡轮发电机磁力驱动器的设计方法,同时也对动密封补偿式保护器的弹簧设计进行了讨论。     

基于遗传算法的生物组织图像最佳挖取点寻优

生物组织微阵列芯片的制备过程中,需要从包埋有生物组织的蜡块中挖取一块直径为0.5~1.5 mm的组织蜡柱。为了实现自动化作业,研究了基于数字图像处理的组织蜡柱最佳挖取点计算机寻优策略。确定了问题的数学描述为在选定组织图像区域中寻找最大内切圆的圆心,提出了基于遗传算法的寻优算法。重点探讨了坐标点编码,参数选取和遗传操作方法等。研究了个体适应度快速计算方法,初始种群选择等算法改进方案。经过实际编程反复数次实验,结果表明迭代60次算法完全收敛,证明其搜索速度和稳定性都比较好,完全满足自动化作业的在线计算要求。     

微结构金属膜环带片电磁聚焦优化设计方法

微结构金属膜环带片是一类新颖的微纳光子学元件,应用于超分辨光学聚焦、纳米显微成像、精密工程测量等。阐述了微结构金属膜环带片的通用、快速矢量优化设计方法,适用于线偏振光、圆偏振光、径向偏振光等典型矢量光束,可调制产生远场超分辨聚焦光斑和超细光针场。基于三维时域有限差分法进行了微结构金属膜环带片的严格电磁理论验证,能够精确模拟光场在微结构金属膜环带沟槽内部的散射传播过程。在深紫外至可见光波段,给出了λ/10～λ/6厚金属铝膜制备微结构环带片的经验选取方法。     

2～10μm台阶高度标准物质候选物的研制和质量评价

微米台阶高度标准物质用于校准仪器z轴性能,传递准确的微米高度量值。利用光刻结合干法刻蚀工艺实现公称高度为2,5,10μm台阶高度标准物质候选物的制备,并对台阶高度、粗糙度和上下表面平行度进行表征。使用激光共聚焦显微镜和非球面测量仪进行测量,基于双边算法、直方图法、ISO算法和光学显微解耦合准则(LEL)法对台阶高度进行评定,对于同一标准物质候选物各评定方法间的标准差均不超过0.024μm,台阶高度评定值的相对偏差均在5%以内,表明不同算法的评定结果一致性水平较高且量值可靠;不同仪器的评定结果对比,说明了评定方法之间也具有良好的一致性;同时,粗糙度不超过0.04μm,上下表面平行度不超过0.03°,验证了标准物质候选物制备效果良好。