能量平衡法静电驱动柔性振膜微泵特性分析

从能量平衡的角度建立了静电驱动柔性振膜微泵的平衡方程,基于对压缩过程中振膜动能的考虑,改进了最小能量法压缩模型,结合均匀压力载荷下圆薄膜大挠度形变理论对静电驱动柔性振膜微泵进行理论分析.对振膜与腔体壁面贴合的压缩过程中各能量相互转化的关系进行分析,并与最小能量法模型进行了对比.结果表明,能量平衡法考虑了薄膜振动过程中的动能,故薄膜与腔体具有更大的贴合面积,且以薄膜与腔体完全贴合时作为零应力参考状态降低压缩过程中的薄膜形变势能,计算得到的静电微泵的压缩效率更高,在驱动电压为300 V时,改进的双腔模型中振膜贴合半径为4.06 mm,所得最大压升为87.08 kPa.基于改进的模型,对双腔微泵压升的影响因素进行讨论,发现降低柔性薄膜厚度会使输出压力有所上升,并且减小腔体表面介电层厚度、减小腔体深度与半径可以有助于提高微泵的压升.     

微小型静电泵的设计(1)

介绍了微小型静电泵工作原理,分析了上腔充压的静电泵阀腔的形状与结构、所加激励电压、可动薄膜面积与厚度对泵的压力、流量、受力和变形的影响,提出了一套完整的数据图标和表格,例如激励敏感膜片的绕度及相应鼓起的体积、膜上所承担压力及其所受的径向应力与泵的半径和膜厚的关系图、表,以便选用.     

磁能驱动微型泵的性能实验研究

在电磁场驱动原理的基础上,设计并研制了一种磁能驱动的微型泵。微型泵包括进／出液管、扩散管／喷管、驱动薄膜、腔体、电磁线圈和永磁体。微型泵的整体尺寸约为Ф11mm×4mm,腔室半径为5mm,深2mm。利用正交实验方法,对微型泵的性能进行了测试。在电压为4V、驱动薄膜厚度为6μm、频率为5Hz方波脉冲的最佳实验条件下,微型泵的最大泵送流速约为0．21mL／min。     

串联压电微泵特性研究

介绍了一种压电驱动的串联无阀微泵.基于收缩管/扩展管整流特性的分析,建立了微泵输出特性的表达公式.采用有限元仿真软件ANSYS对微泵内流体的流动过成进行了数值模拟,结果显示,在相同的驱动条件下,串联无阀微泵的工作性能优于单腔无阀微泵的工作性能.泵流量随着驱动电压的增加而增加.当固定的驱动电压下,存在最优的压电层厚度使得泵流量最大.研究结果为串联微泵的优化设计提供了依据.     

基于MEMS技术的F-P腔滤波器分析与设计

通过对微光纤法布里—珀罗(F-P)腔滤波器工作原理的综合分析,确立了微F-P腔滤波器静电驱动腔长调谐方案.对可调谐滤波器的主体部分进行光学设计和分析,确立了反射镜的多层薄膜光学结构,并借助ANSYS有限元力电耦合分析,最终选择L型桥臂支撑的腔体结构,可以实现0.625μm的调谐范围;保持桥面平行的能力很高,可实现高精度的滤波效果;结构稳固,能够抵抗制造时的残余应力.     

磁力驱动微泵设计及优化

为提高收缩/扩散管无阀微泵的性能,设计了磁力驱动式无阀微泵,并利用ANSYS软件对微泵的整流部件收缩/扩散管和单腔微泵整体结构进行流体仿真,得到了微泵的结构优化参数.仿真和实验结果表明,流量随着管长、最小宽度、扩张角、泵腔半径的增大存在极大值.磁驱动微泵的流量在驱动电压12 V、驱动频率为25 Hz时达到最大值.     

中国微米纳米-微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究

设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.     

多场耦合下PLZT陶瓷光致电场效应及其应用

针对现有数学模型对高能紫外光束照射下PLZT陶瓷光生电压实验变化规律无法进行合理解释的问题,基于多物理场耦合机制分析构建了PLZT陶瓷多场耦合下的光致电场数学模型,并对光致电场实验曲线进行了理论分析,然后针对光生电压控制提出了单片PLZT陶瓷ON-OFF闭环控制和双片PLZT陶瓷双光源协调激励控制策略,取得了较好的控制效果,探讨了PLZT陶瓷作为光控非接触式电动势源的可行性以及在微机电系统供能器件的应用前景,在此基础上,提出了光电-静电复合驱动微镜和PLZT陶瓷-介电弹性薄膜复合驱动的光控微泵装置.     

绝缘体介电电泳细胞分离器件数值分析和优化

绝缘体介电电泳(iDEP)利用微流体管道中均匀绝缘柱阵列产生介电电泳(DEP)所需要的非均匀电场,实现微全分析系统(μTAS)和芯片实验室(LOC)中细胞等生物粒子的分离.对这种新型的iDEP器件进行理论分析,建立了数值计算方法.基于有限元数值计算理论,利用Ansys软件,计算了细胞的介电电泳力,验证了iDEP的富集原理,对iDEP器件的介质形状、尺寸、间距和微管道长度等参数进行了优化,提出了设计准则.选用间距10 μm,圆形,微管道长度3550 μm的5×5绝缘柱阵列,器件性能最优.     

方形重掺杂硅薄膜的极限载荷分析*

考虑残余应力的情况下,薄膜在大挠度时总应力的解析表达式.通过实验观察,深腐蚀得到的浓硼重掺杂硅薄膜表面存在微蚀坑.考虑微蚀坑和残余应力的影响,运用总应力表达式和Griffith裂口强度理论,定量的得到方形浓硼重掺杂硅薄膜的最大挠度和极限载荷Pmax,与已报道的实验值相符.从而解释了浓硼重掺杂硅薄膜的实际断裂强度值远小于晶体理论断裂强度值的矛盾.可以得出,极限载荷Pmax不仅与薄膜的尺寸与形状有关,而且也与材料特性,特别是与制备工艺有关.