聚合物基表面微结构的逐面式制造技术研究进展

聚合物基表面微结构在软体机器人、柔性电子器件、仿生机械、生物医学、组织工程等领域有着广泛的应用,将逐面式制造技术应用于聚合物基表面微结构的制造过程可解决传统微压印、光刻、逐点和逐线式制造方法加工周期长、效率低、大面积表面微结构制造脱模难等问题。发展聚合物基表面微结构的逐面式制造技术是当前先进制造技术的研究热点之一,具有广阔的应用前景。首先在阐述了常见的聚合物基表面微结构设计及其制造材料的基础上,重点论述了光刻、纳米压印、数字光投影式3D打印、能场辅助制造、自组装制造等五类逐面式成形制造技术方面的最新研究进展,包括各种制造技术的制造原理、工艺特点及表面微结构的典型应用等。最后,总结预测了聚合物基表面微结构设计、制造及应用方面的发展趋势,并对聚合物基表面微结构的逐面式成形制造技术的未来发展进行了展望。     

印章特性和印刷压力对微接触印刷工艺的影响

微接触印刷（μCP）是一种能在微纳米尺度上完成表面图案化的技术,主要特点是高效和低成本．研究了μCP过程中印章机械特性和印刷压力对形成的微图案质量的影响．为了进一步分析聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作的印章特性,浇注了5种配比的PDMS试样,并进行了单轴拉伸和压缩试验,获得了其应力应变关系．制作了3种配比的表面线型图案印章,实施微接触印刷使其印刷压强在1kPa～1MPa．通过图形化分析对最终的微接触印刷质量进行评估．实验结果表明：最优的压强区间为20～200kPa．较小的压力将会产生印章与基底的间隙,而较大的压力将会导致印章的严重变形．由于质量比为20：1的PDMS印章的弹性模量最小,其在中等压力下的微接触印刷质量最好,而较硬的印章可有效地抵抗印刷中产生的变形．     

柔性触觉传感器的三维打印制造技术研究进展

聚合物基柔性触觉传感器在智能机器人、人工假肢与人体健康状态监测等领域有着广泛的应用,将三维打印技术应用于柔性触觉传感器的制造过程可以克服传统制造方法加工周期长、复杂聚合物基微结构制造困难等缺陷。因此发展聚合物基触觉传感器的三维打印制造技术及工艺是当前的学科研究热点,具有广阔的发展前景。首先,在阐述柔性触觉传感器的传感检测原理和性能指标的基础上,重点阐述了柔性触觉传感器三维打印制造技术方面的最新研究进展,包括聚合物基柔性触觉传感器的结构设计、三维打印材料的分类和应用、以及传感器的打印制造方法及工艺等。然后,还总结预测了基于新材料制备和新制造工艺的柔性触觉传感器设计与制造的发展趋势,并对柔性触觉传感器的三维打印制造技术未来的发展趋势进行了展望。     

基于应力集中的压阻式微悬臂梁设计

为了提高应力检测的灵敏度,提出了一种基于应力集中的新型压阻式微悬臂粱设计方法.首先,通过在硅基悬臂梁上加工出一些条缝结构作为应力集中区域,利用应力集中效应来提高应力检测的灵敏度,并在梁上沿硅的(100)面<110>晶向布置4个压阻元件组成惠斯通电桥来进行应力检测.其次,用有限元法分析了不同参数的孔缝结构对应力分布的影响.结果表明,与传统的无应力集中区域的微悬臂梁结构相比,可以有效提高应力检测的灵敏度.当参数优化后的微悬臂梁尺寸为500μm×180μn×10μm,缝结构尺寸为50μm×20μm时,应力检测的灵敏度可以提高2.68倍.     

蝗虫起跳运动分析及仿生机构研究

提出、研制仿蝗虫跳跃机构。通过高速摄像实验研究蝗虫起跳阶段运动学及力学特性结果表明,起跳阶段,蝗虫跳跃足受地面作用力相对时间呈非线性平缓变化,该力学特性有利于避免跳跃足受瞬时冲击力过大。在此基础上提出仿蝗虫跳跃机构设计方案,用六连杆机构作为跳跃腿部构件,用螺旋弹簧储能,将弹簧拉伸产生的线性力转化为跳跃足非线性驱动力,有效仿生蝗虫起跳阶段的力学特性。用研制仿蝗虫跳跃机构原理样机进行实验。结果表明,该样机可有效仿生蝗虫起跳阶段的力学特性,与蝗虫在起跳阶段运动相似,其跳跃高度相当于自身高度的129%。研究成果可为跳跃机器人的研制提供新思路。