微流体数字化喷点技术基础实验研究

微流体数字化喷点技术可对低粘度液体的单次喷射体积进行精确的控制,样点直径的变异系数小于8%。不同于现有的微喷点技术,微流体数字化喷点技术具有无热源、无可动件、无外部加压装置、结构简单的特点。本文针对不同粘度的低粘度液体和驱动参数进行了微喷点基础实验研究,并采用微流体数字化喷点技术制作了样点直径在100μm左右的中等密度的微阵列。     

MEMS传感器性能提高相关技术研究

在分析MEMS（微电子机械系统）传感器当前的发展现状、特点特别是在器件实用化和产品化进程中所面临的挑战后，提出了MEMS传感器技术实用化的关键－提高器件性能满足应用要求。根据研究经历举例说明改进传感器材料、结构、制作工艺和器件工作原理等具体措施对提高器件性能的作用。     

微尺度流动特性

通过微推进器小型化的具体问题说明微型化不是简单的尺寸缩小。微尺度流动所基于的物理因素与宏观流动不同,体现在流动涉及的表面积与体积之比增强、梯度参数效应及界面力效应等。物理因素作用的改变或新的因素参与,使微尺度流动呈现新的特点,这为设计芯片和传感器中的流动提供了新的思路,正如文中介绍的增强层流混合方法。微尺度效应在流体力学理论方面也会有所体现,包括对基本方程、边界条件的修正。然而对流动现象的深入认识则是理论发展的关键。文中简单介绍了作者的研究组在微尺度液体流动实验方面的研究结果。     

微全分析系统中的MEMS技术

微全分析系统（μTAS）的研究和应用,近年来有了巨大发展。本文将着重叙述基于MEMS技术的μTAS的研究和发展,扼要介绍设计,制造μTAS的一些新技术,新材料和新方法,以及我们在研制μTAS方面的一些进展。     

S型MEMS平面微弹簧的制备和表征研究

微弹簧是一种重要的微电子机械系统(MEMS)器件，它可以为微传感器和微执行器提供弹性驱动力。我们采用UVLIGA技术制备出S型镍平面微弹簧，并使用ANSYS对微弹簧的力学性能进行了模拟。为测试微弹簧的力学性能，研制了1台微弹簧力学性能测试装备。测试结果表明，微弹簧可以满足设计需要。另外，通过比较得出：ANSYS对微弹簧力学性能的模拟结果是较为准确的，可以作为进一步优化微弹簧设计的基础，以满足MEMS的需要。     

微电子机械技术的研究和发展趋势

MEMS技术作为一门新兴的技术，越来越受到世界各国的重视。文中主要阐述了MEMS的研制背景、加工工艺、现状和发展趋势，并对MEMS技术面临的问题进行了简要分析。     

数字化无阀微泵的泵送性能实验研究

研制出一种新型的基于微流体数字化技术的数字化无阀微泵，并对无阀微泵的泵送性能进行实验研究。该微泵泵送出的液体量微小、可控，可达纳升级。针对不同粘度液体，改进驱控参数，实现了连续流、离散流的泵送。实验验证了设计原理的正确性。     

基于BioMEMS技术的DNA芯片研究

近年来基于微电子机械系统 (MEMS)技术研究和开发的一个新领域就是BioMEMS ,特别是对生物芯片和生物化学微分析系统的研究。文中叙述了基于BioMEMS技术的DNA芯片研究 ,介绍了几种不同结构的DNA芯片 ,以及DNA PCR扩增器芯片、DNA CE毛细管电泳芯片、微流动控制器件和实验室芯片 (LabonaChip)等。还报告了作者们成功采用MEMS技术 ,研制成集成化微结构型PCR DNA扩增芯片 ,芯片上包括有加热器、温度传感器、2 μL容积的反应池以及输入输出通道 ;能实现快速扩增 ,最快加热速度为 15℃ s ,降温速度为 10℃ s。研制成Si—玻璃 ,玻璃—玻璃和玻璃—PDMS三种结构的毛细管电泳芯片 ,沟道宽 2 0 0 μm ,深 2 0 0 μm。研制成一种表面等离子体谐振 (SPR)生化分析系统 ,其入射光扫描角范围从 40°到 70° ,分辨率 0 .1%度 ,可测折射率范围 1.0 4～ 1.47。     

TWEO微流体驱动理论模型与实验研究

为研究行波电渗(TWEO)微流体驱动,在封闭微通道内TWEO微流体驱动进行了仿真和实验分析。根据双电层电荷分布规律,建立了行波电渗微流体驱动理论模型;通过对行波电渗电场和流场问题的求解,获得了封闭通道内流场仿真结果,并与实验结果相比较,验证了相关理论的正确性;对微通道内2/3高度处微流体流速进行仿真与实验结果分析,结果显示电渗流流速与频率的关系满足正态分布,为进一步展开对行波电渗微流体驱动及其在芯片实验室中的应用奠定了基础。     

微流体离散点样技术

提出一种制作高密度DNA微阵列的非接触式点样新方法。压电陶瓷低频微振动使得微流体产生均匀的离散和喷射；对微喷嘴内壁进行疏水化处理，从而消除微流体由于湿润作用在微喷嘴内部的自发性流动，使得微喷射具有数字化量可控的特征。通过微流体粘度控制、微喷射速度和微喷射距离的控制消除样点缺陷，获得了均匀的点样样点。通过微喷嘴几何尺寸控制和驱动频率控制获得从飞升到皮升级样点体积，可以用于制作高密度的微阵列。惯性力在微米尺度下仍然起主导作用，可以驱动微流体中微粒的移动，消除微喷嘴堵塞现象。     

阀片式硅微流量传感器的研究

提出了一种结构简单、易于加工的阀片式硅微流量传感器。该微流量传感器通过阀片将流量转换为梁表面弯曲应力,再由集成在阀片上的压敏电阻桥检测出流量信号。该传感器采用硅微细加工工艺制作,直接在单晶硅上加工出阀片和压敏电阻桥。该微流量传感器芯片尺寸３ ．５×３．５（ｍ ｍ） ,封装后的外形尺寸为Φ１０×４（ｍ ｍ） ;在１０ ～２００ｍｌ／ｍｉｎ 的气流量下,线性度优于５ ％ ．     

仿医蛭微机器人中SMA的布局及与偏置弹簧匹配的研究

为使仿医蛭管内微机器人在管内爬行时不产生振动 ,在研究其致动机理和振动特性的基础上 ,提出了该机器人弹性足中SMA的最佳布局方式及收缩部件中SMA与偏置弹簧倔强系数之间的最佳匹配关系 ,为此类微机器人的设计奠定了基础     

微型运载系统构成原理的研究

概述国际上微系统研究的现状,探讨微型运载系统的基本组成及其研究内容,指出微型运载系统的研究方法和关键技术,最后阐明深入研究的实际意义。     

齿形结构的长脉冲敏感型微加速度开关

针对智能武器电源管理系统对开关闭锁和断开的要求,提出了一种长脉冲敏感型微加速度开关。该开关带有齿形结构的悬空质量块和齿形导杆,通过质量块和导杆在运动过程中相互碰撞实现能量耗散,从而具有在高幅值窄脉冲加速度作用下保持断开,在低幅值长脉冲加速度作用下可靠闭锁的功能。介绍了开关结构和工作原理,对开关进行了理论分析和有限元分析,并对开关模型进行了简化。采用UV-LIGA技术制作了开关样机,利用样机试验和有限元分析相结合的方法验证了开关的功能。有限元仿真结果表明,该开关在3 000 g/3ms半正弦加速度作用下可靠闭锁。旋转台离心试验显示,开关的静态闭锁阈值为2 385.3 g~2 475.6 g。落锤冲击试验和有限元仿真结果均表明,开关在15 000 g/0.3ms半正弦加速度作用下没有闭锁。得到的结果表明该开关满足设计要求,能够应用于对加速度脉宽有区分要求的场合。     

微流量系统的基础技术研究

介绍了国家自然科学基金重点资助项目”微型机械制造基础理论及基础技术研究”中“微小型泵的基础技术”及其后续工作的研究成果,并结合微流量系统研究分析了当前微型机电系统发展的几个特点,微型机电系统的重要基础课题的研究突破为其发展和应用打下基础。国际上微光机电系统技术刚走向全面发展,正是我国发展该领域的好时机。     

微型机电系统的建模与仿真研究

概述了开展微型机电系统 (MEMS)建模与仿真研究的意义和必要性。提出了MEMS建模与仿真技术的特点 :( 1)多物理场耦合 ;( 2 )材料特性的变化 ;( 3 )依赖快速有效的算法 ;( 4 )原子尺度仿真。分别从器件级仿真、过程仿真和系统级仿真三个层次说明了MEMS仿真的方法。最后结合MEMS建模与仿真技术的发展现状 ,指出了该领域今后的发展趋势。     

电流变液静态屈服应力的实验研究

本介绍了一种新的电流变液静态屈服应力测试方法,通过一个阀型装置对基于沸石和硅油的电流变液静态屈服应力进行了测试,结果表明,电流变液的静态屈服应力与外加电场强度的平方成正比,并以此作为电流变液器件设计的一个依据。     

用于高场非对称波形离子迁移谱系统的阵列式微法拉第筒离子检测器

提出了一种可减小高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS)系统体积的阵列式微法拉第筒离子检测器,该检测器具有结构简单、稳定性好、噪声小、量程大、可在大气压条件下工作等优点。阵列式微法拉第筒包括栅电极、敏感电极、屏蔽电极3部分,其中敏感电极由数十个直径为200μm的硅圆柱交错排列而成。通过典型的MEMS工艺制作,法拉第筒与平板型FAI MS系统的MEMS工艺完全兼容。Fluent仿真结果表明,这种阵列式的设计,气体运动阻力较小,流场分布有助于载气中离子被充分吸收。与KEITHLEY237电流表级联后,测得阵列式微法拉第筒的噪声水平在0.5 pA以下。对丙酮样本进行了实验测试,结果显示其输出信号为210 pA左右,表明该阵列式微法拉第筒满足FAIMS系统的要求。     

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。     

微装配技术的发展现状

微器件的装配并不是一个新兴的领域 ,但随着微加工技术、显微技术和集成电路技术的发展 ,微装配概念发生了根本性的变化 ,产品的范围和应用领域被拓宽 ,出现了许多新的技术 ,它的发展是与微机电系统 (MEMS)、纳米技术 (Nanotechnology)密切相关的。本文对微装配技术的发展现状进行了综述 ,介绍了微装配的特点和使用的许多新技术