三维复杂微系统的微立体光刻成型工艺

介绍了一种具有更高加工分辨率且可直接成型 3维复杂微系统的一次曝光型微立体光刻成型样机 Micro SL er,及其配套专用光敏树脂 Micro SL5 2 2 0。重点给出了 Micro SL er中经薄膜晶体管阵列编址的液晶显示光阀表盘 ,也即可控透光模板的构造、性能及其对 Micro SL er层面加工分辨率和截面曝光尺寸的影响。对比了 Micro SL er的国产配套光敏树脂 Mi-cro SL5 2 2 0与国外同类产品 DSM7110型光敏树脂的各项技术指标。为证明一次曝光型微立体光刻工艺在成型 3维复杂微结构时的优越性 ,给出了经 Micro SL er成型出的微机械部件、微型件浇铸模、微流体系统部件等实物的扫描电子显微照片及相关的加工参数。探讨了现阶段的传统立体光刻工艺、小光斑立体光刻工艺及微立体光刻工艺在加工分辨率方面的差异 ,分别指出了影响这 3种立体光刻成型分辨率的关键因素     

非圆截面小通道内R113的流动沸腾换热特性

针对非圆截面小通道流动沸腾换热研究报道较少的现状,以R113为工质,对4种不同水力直径的正方形、三角形截面小通道内的流动沸腾换热特性进行试验研究,试验参数范围：入口干度,过冷～1.0;质量流速400～ 3 300 kg/(m2?s);热流密度20～150 kW/m2,并将试验结果与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验结果进行了对比分析。试验结果表明：非圆小通道内饱和流动沸腾局部壁面温度与质量流速密切相关,并受热负荷与流动沸腾换热状况的影响;质量流速和壁面热负荷是非圆小通道内流动沸腾换热特性的主要影响因素;与相近水力直径的圆通道内流动沸腾试验数据对比显示,非圆截面小通道具有明显的强化传热作用。     

芯片冷却用分形微管道散热器内的压降与传热

受到哺乳动物消化系统和血液循环系统中物质运输与分配网络所具有的分形特征启发,文中设计、加工出了一种电子芯片冷却用的硅制分形微管道网络散热器.在给出分形微管道网络构造过程的基础上,探讨了分形微管道网络内部微流体的换热与压力降特性.针对利用多路感应耦合等离子蚀刻工艺制造出的硅制分形微管道网络散热器,理论计算所得结论与流动与传热实验数据均证明:当热传递面积、温差、努谢尔特数均相同的情况下,分形微管道网络散热器比传统的平行微管道阵列散热器具有更高的热传递效率;而在具有相同流速、热传递率的要求下,分形微管道网络散热器所需的泵送功率远低于平行微管道阵列散热器所需的泵送功率;分形维数越高,分形微管道网络散热器的热传递效率将越高,且所需的泵送功率将越低.     

微小有限空间内微气泡控制生长的界面追踪与数值模拟

通过对微机电系统微流体器件中气泡生长实验结果的分析，考虑加热元表面液体微层的作用，将微气泡生长分为晶核形成、球形气泡、受侧壁挤压的气泡、沿微通道生长的气泡4个阶段，建立了矩形微通道内微气泡控制生长物理模型；采用Level Set Method模拟了矩形微通道内微气泡控制生长过程，获得了微气泡生长特性。数值模拟结果表明：微气泡初期生长速率较快，后期由于凝结率增大使生长速率减缓；液体温度、微通道宽度、微加热元宽度、加热电压等均对气泡生长始点和生长速率有显著影响。     

仿蜂巢分形微管道网络中的流动与换热

受自然界中蜂巢结构分形特征的启发,设计和加工了仿蜂巢分形微管道网络,并进行了参数优化.在微管道截面参数、对流传热系数、传热温差均相同的条件下,对流动与换热特性的理论分析表明：加热底面积相同时,仿蜂巢分形微管道网络所能带走的热量可达平行阵列微管道网络的5倍以上;不计分流、合流效应,总换热量一定时,仿蜂巢分形微管道网络所需的泵送功率约为传统平行阵列微管道网络的1/10.恒定热流条件下的去离子水层流对流换热实验也证明：仿蜂巢分形微管道网络比传统的平行阵列微管道网络具有更高的Nusselt数和更低的流动压降.这种分形微管道网络除用于电子器件冷却,还可用于微燃料电池极板、微混合器、微生化反应器等微化工系统结构设计.     

电子芯片冷却用微管道散热器的换热性能分析

在对电子芯片内部冷却用的微管道散热器进行传热性能分析时,现有分析方法大都仅能在假设微管道下壁上的热载荷处于均匀分布时适用.当微管道下壁上的热载荷处于任意分布情况时,利用文中设计的有限元分析法可对微管道散热器的传热性能进行分析.在微管道下壁上的热载荷处于不同的分布情况下,利用伽辽金有限元公式计算了微管道散热器中的微管道表面温度分布、流体温度分布及散热器总热阻等;通过与现有的分析方法所得结果进行对比:在对热载荷均匀分布状态下的微管道散热器进行传热性能分析时,有限元方法完全可作为CFD(Calculated Fluid Dynamics)法的一种替代,且使用有限元方法对微管道散热器进行传热分析时的运算更为快捷.当微管道下壁上的热载荷处于任意非均匀分布状态时,利用文中设计的有限元分析法仍可有效地对微管道散热器的传热性能进行分析;因此有限元分析法也可用于研究微管道散热器的几何参数对散热器传热性能的影响.     

非圆小通道内非牛顿流体-氮气二相流型研究

采用可视化手段研究了水力直径为2.886 mm和0.866 mm的等边三角形截面微小通道内非牛顿流体气液二相垂直上升流动,表观气速0.1—100 m/s,表观液速0.01—6 m/s。根据观察和测量结果,得到三角形通道内的羧甲基纤维素钠(CMC)溶液-氮气的典型流型图像和流型转变界限。通过与常规通道的空气-水二相流型图对比,发现液体的黏性、表面张力以及截面形状和水力直径等因素对流型的转变具有显著的影响。     

微机电系统中的矩形通道内微气泡控制生长

采用微机电系统（MEMS）硅加工工艺，设计、加工出了6种不同规格的实验用微气泡控制生长MEMS器件；构建了MEMS器件中微气泡控制生长实验系统并完成了实验，讨论了热负荷、微加热元宽度、微通道截面参数、工质流速及物性参数等对微气泡生长的影响。结果表明：同等实验条件下，加热电压幅值越高，微气泡生长速率越快；加热脉冲宽度仅对微气泡形成后的进一步生长有影响；加热条件相同的前提下，微加热元宽度越大，气泡成核所需的时间越短、微气泡生长速率越快；微通道宽度一定且高宽比大于1的条件下，高宽比越小，后期微气泡生长速率越慢；微流体的流速越高，微气泡生长始点越晚、生长速率也越低。相同实验条件下，R113、FC-72、去离子水三者中，R113中微气泡生长始点最靠前、生长速率最快，去离子水中微气泡生长最靠后、生长速率最慢。     

微/小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究展望

概述了微/小尺度非牛顿流体多相流动与传热现象。在评述国内外已有文献的基础上,从实验研究与数值模拟二方面介绍了非牛顿流体管内多相流动与传热研究的现状、存在的问题。总结了微小通道内非牛顿流体多相流动与传热研究领域中若干值得探索的研究切入点,提出了若干值得探索的研究内容。讨论了非圆截面微通道试验器件的设计与加工、流动可视化与流型采集、流动参数测量、数值模拟等关键技术解决思路,给出了微/小通道内非牛顿流体的绝热气液二相流动可视化实验、流动沸腾传热及可视化实验设计方案,可为深入探索微/小尺度非牛顿流体管内多相流动与传热特性提供参考和借鉴。     

微管道散热器换热性能的有限元分析

利用伽辽金有限元公式计算了微管道散热器中的管道表面温度分布、流体温度分布及流动阻力系数和换热系数等。与现有的分析方法对比发现，利用有限元方法可对热负荷任意分布工况下的微管道散热器进行传热性能分析，而且使用范围比现行的大型CFD软件更广，也可用于分析微管道散热器的几何参数对散热器传热性能的影响。