不同工艺参数对金刚石薄膜齿轮制备的影响

金刚石薄膜是最具潜力的微机械结构功能材料之一,但其极高的硬度和化学稳定性使其难以被加工成型。本文采用反应离子刻蚀方法对金刚石薄膜进行了微齿轮结构的制作研究,制作出了厚度为5gin,模数为0．003的金刚石薄膜齿轮。实验结果表明,镍钛合金薄膜和光刻胶层作为金刚石薄膜刻蚀掩模,可以获得表面平滑、轮廓清晰、侧壁陡直的金刚石薄膜图形;O2及与Ar的混合气体对佥刚石薄膜图形化的刻蚀主要工艺参数如射频功率、工作气压、气体流量及反应气体成分等均对刻蚀速率和刻蚀界面形貌产生不同程度的影响。刻蚀中,当工作气压12Pa及气体流量50sccm稳定时,射频功率与刻蚀速率呈线性变化,但射频功率过高（大于135W）则掩模刻蚀生成物沉积在金刚石薄膜表面而发黑;对于给定的工艺条件下,金刚石薄膜的刻蚀速率并不强烈依赖于混合气体中氧气的含量。     

激光刻蚀ITO薄膜工艺研究

鉴于铟锡氧化物(indium-tin oxide,ITO)薄膜电加温玻璃在外观、力学、光学性能的特殊要求,激光刻蚀技术能否成功应用于该领域成为探讨的问题。通过激光器在不同工作功率和刻蚀速度下刻蚀ITO薄膜所达到的刻蚀效果开展研究,探索激光刻蚀工艺,并通过测试比对刻蚀前后玻璃的力学、光学特性变化,分析激光刻蚀对玻璃的影响。实验结果表明:选用ITO薄膜厚度650 nm镀膜玻璃做为实验样件,选用波长1 064 nm的激光器做为实验设备,当激光器工作功率为750 mW,刻蚀速度为500 mm/s时,薄膜被完全刻蚀,且衬底玻璃未受到损伤;经检测,刻蚀后玻璃的抗弯曲强度仅衰减7%,抗冲击强度和透光度均无变化。因此激光刻蚀技术可实际应用于电加温玻璃的薄膜刻蚀。     

Nd:YAG脉冲激光氧化Cr膜的微观表面

利用SEM、FESEM、AFM和XRD对Nd:YAG脉冲激光氧化Cr膜的微观结构进行了分析。在较小的激光能量作用下,所得到的氧化物薄膜均匀生长;当激光能量较高时,氧化物薄膜呈小丘状生长模式。薄膜表面形成的纳米尺寸的楔型晶界将对下一步的刻蚀产生不良影响,这是由于较低温度下进行的激光氧化会引起较低的扩散速率和初始应力释放。小丘状氧化物生长是在较高激光能量下较高温度使Cr离子向外扩散的结果。     

基于改进CV模型模拟超快激光加热过程

超快激光加热技术因其高精确性和高精细性等优点已广泛用于微/纳米薄膜和器件的加工中,而由此引发的超快速和超小尺寸的传热过程却无法由经典的傅里叶传热定律解释,因此研究超快激光加热薄膜的导热过程,对微/纳米薄膜和器件中散热器制造具有重要的理论意义。文章基于CV模型提出了一种的反映尺寸和记忆效应的改进导热模型(简称改进模型),用以求解超快激光诱导的薄膜中的一维热传递问题,并比较了CV模型结果。结果表明:改进模型展示出受热处温度迅速升高且峰值要高于CV导热模型的结果,而且薄膜内部的温度会随着克努森数的增加而升高;两个模型所得无量纲速度值会随着克努森数值的变化而发生改变;改进模型能够反映尺寸效应和记忆效应,从而可以描述有限热波传播速度对传热的影响。     

金刚石表面刻蚀研究进展

金刚石具有优异的机械、电、热及化学性能,广泛应用于高效加工、生物传感器、半导体及量子器件等领域,而刻蚀技术对其性能发挥起着重要作用。根据刻蚀剂种类,金刚石刻蚀分为熔盐刻蚀、气相刻蚀、金属刻蚀及金属氧化物刻蚀。熔盐刻蚀借助熔融硝酸盐中产生的高活性氧对金刚石进行选择性腐蚀。气相刻蚀利用气体或等离子体与金刚石反应从而在金刚石表面制备特殊形状的阵列。金属刻蚀分为金属反应刻蚀、金属催化刻蚀和金属催化氢气刻蚀,可用于金刚石磨粒表面微图案化和薄膜表面微纳米孔制备。金属氧化物刻蚀通过氧化物与金刚石之间的氧化还原反应对金刚石进行腐蚀。介绍了以上四大类金刚石刻蚀技术的研究进展、作用原理和应用情况。     

基于空化效应的微泡浮选油水分离方法

针对变电站含油废水的水处理问题,提出了一种使用旋流-静态微泡浮选柱内置旋流器用于油水分离的方法,并且分析了旋流器内部油滴的聚结过程;在油水分离初步完成后,利用水力空化效应进一步降解与净化分离后的废水。对传统的空化发生装置文丘里管作出改进,并且通过Fluent仿真研究不同内部流道尺寸对空化效应的影响,通过亚甲基蓝溶液与羟基的反应验证了最佳内部流道尺寸为1 mm,在此尺寸下空化效果最好。在溶液初始质量浓度为100 mg/L、温度为35℃、入口压力为0.3 MPa的条件下进行水力空化实验,流道尺寸为1 mm时油的去除率达到37%,去除率较高。     

聚合物薄膜的大气压微等离子体射流无掩膜刻蚀工艺

为优化束斑直径在微米级的大气压微等离子体射流刻蚀工艺,自制搭建一种结构简单、操作方便的大气压微等离子体射流装置,以典型聚合物parylene-C薄膜为对象,研究大气压微等离子体射流处理parylene-C薄膜的刻蚀工艺,分析O₂流量、工作电压、工作间距和刻蚀时间等工艺参数对刻蚀线宽和刻蚀深度的影响。结果表明:增大O₂流量、工作电压、工作间距及刻蚀时间均能增大刻蚀线宽和刻蚀深度;持续增大上述工艺参数,刻蚀线宽和刻蚀深度增加不明显,甚至减小;工作电压和工作间距对parylene-C薄膜刻蚀效果的影响较大,在刻蚀过程中起关键作用,通过调整这两个参数可实现聚合物刻蚀过程的可控调节。     

单晶硅波导基槽刻蚀工艺的研究

对埋藏式单晶硅波导基槽进行了反应离子刻蚀的研究，介绍了氟化物反应离子刻蚀机理，对CF4和SF6气体在不同工艺条件下的刻蚀速率及刻蚀效果进行了分析，总结出刻蚀优化工艺条件，解决了刻蚀中存在的工艺难题。试验表明，在CF4加O2的优化工艺条件下，其刻蚀具有良好的各各异性和较高的重复性，获得了良好的刻蚀效果。     

反应离子刻蚀实验研究

本文报告了应用反应离子刻蚀技术制作半导体激光器件的可行性工艺方法，可以对发展半导体激光器的制作有一定的指导作用。     

基于无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜

为了更好地利用变色镜保护人眼不受强光的伤害,提出了一种微流控液体变色眼镜。以透光性良好的高分子聚合物PDMS(polydimethylsiloxane)为材料,采用软刻蚀技术代替传统的机械加工,制作了具有微流道结构的镜片变色层。通过对封接面的表面改性处理实现了PDMS变色层和基底镜片(玻璃/光学树脂)之间的不可逆封接,构成了具有闭合微流道的液体变色镜片。设计并制作了一种无阀压电微泵控制器用以控制镜片微流道内有色液体的循环流动,实现镜片的变色功能。实验测试了微泵在不同驱动电压和驱动频率下变色眼镜的响应特性。测试结果表明:与传统的固体感光变色镜相比,无阀压电微泵控制的微流控液体变色眼镜具有较快的响应速度,较高的可控性和良好的可逆性。     

Preparation of porous structures on copper microchannel surfaces by laser writing

A laser writing method is developed to fabricate porous structures on copper microchannel wall surfaces for enhanced microchannel heat sinks(MHSs). The formation feasibility together with its mechanism of such porous structures is explored by the comparison of dry and wet laser writing process, i.e., in both air atmosphere and under de-ionized water. Rectangular microchannels with ripples-like porous structures on the wall surfaces, which consisted of numerous micro-holes and micro-cavities,have been successfully formed in the dry laser writing process. Nevertheless, the microchannel wall surfaces were hardly altered in wet conditions. Besides, the effect of laser fluence on the formation of porous structures on the microchannels was also assessed in both dry and wet conditions. In dry laser writing process, the microchannel depth and surface roughness of wall surface increased monotonically, whereas the microchannel bottom width decreased continuously with increasing the laser fluence. On the other hand, the microchannel wall kept almost unchanged with smooth surfaces with increasing laser fluence in wet conditions.     

Numerical study on flow and heat transfer characteristics of microchannel designed using topological optimizations method

Microchannel has demonstrated advantages in the thermal management of integrated chip. In this study, the topology optimization method is applied for designing a topological microchannel to optimize the performances of both heat dissipation and pressure drop. To validate the performance of the topological structure, the flow and heat transfer characteristics of topological microchannel under non-uniform heating flux are numerically studied. The topological structure is designed to cool a heating area of 10 mm × 10 mm with 4 hotspots. Heat flux is 40 W/cm~2 in the hotspot area, while it is only 15 W/cm~2 in the rest heating area. The results of heat dissipation performance and pressure drop are compared with those of conventional straight microchannel. Numerical result shows that, compared to the straight microchannel, the hotspot temperature and pressure drop of topological microchannel can be reduced by 4 and 0.6 k Pa, respectively, under the flow rate of 2.2×10~(–4) kg/s. The coefficient of performance(COP) of topological microchannel can be 16.1% better than that of straight microchannel, which can be attributed to the effects of optimized bifurcation and confluence structural of topological microchannel.     

圆形微通的对流换热特性研究

针对圆形微通道内流体的强迫对流问题,利用分离变量法求解了考虑轴向热传导、速度滑移和温度跳跃、粘度耗散和入口效应等因素的圆形微通道的控制方程,给出了流体温度场和努塞尔数的计算表达式。对圆形微通道换热特性进行了数值仿真,结果表明,受尺寸效应的影响,管径越小,平均对流换热系数越大。微通道的换热能力比宏观经典通道强,表明在相同面积上做多个微通道比一个宏观大通道的换热效果好。     

大功率半导体激光器实用化微通道热沉

根据大功率半导体器无氧铜微通道热沉的实用化制备工艺特点,利用商用CFD软件FLUENT对微通道热沉内部微通道散热区层间折转通道宽度和热沉前端面壁厚度进行优化设计,并采用化学腐蚀结合扩散焊技术制备无氧铜微通道热沉,微通道尺寸为27 mm×11 mm×1.5 mm.利用低电光转换效率大功率半导体激光阵列器件对所制备热沉进行散热能力测试,激光阵列宽1 cm,腔长1 000μm,条宽200μm,填充因子为50%,微通道热沉热阻0.34 K/W,能满足半导体激光阵列器件高功率集成输出的散热需求.     

危化品仓库安全巡检机器人系统设计与实验研究

为丰富高校危化品仓库的安全检查手段与提升应急响应能力,设计与实现了一种巡检机器人系统.首先在差速驱动的四轮移动底盘上集成里程计、单线激光雷达、带云台的彩色夜视与热成像相机、环境监测传感器套件等,构建巡检机器人移动平台.其次,融合里程计与激光雷达数据实现机器人同时定位与建图、巡检路径自定义与跟随.在巡检点处,利用图像关联...     

变截面微通道散热器流动和传热特性

为了解决电子芯片散热问题,通过数值模拟的方法,研究了去离子水流经微通道散热器时的流动和传热特性.微通道散热器由无氧铜层叠焊接而成,散热器内微通道当量直径为0.23 mm,去离子水流经散热器时平均雷诺数为252~1 060,加热面热流密度为2×106W/m2.结果表明:不同雷诺数时,三角凹穴周期性变截面微通道散热器的传热性能明显优于矩形等截面直通道散热器;前者加热面平均温度和最高温度均比后者低2~3℃,且两者压降相差不大;随着去离子水流量的增加,散热器加热面平均温度降低,但当流量增加到一定程度后,加热面温度变化不明显,说明不能单靠增大泵功来强化传热.     

多热源相控阵天线微通道冷板拓扑结构设计

该文为解决相控阵天线阵面的温度不均,设计了S型微通道、类树形分叉横向微通道和T型纵向微通道3种拓扑结构。以多热源温度均匀性为设计指标,利用数值仿真分析了3种微通道拓扑结构的性能,结果表明T型纵向微通道冷板的热源温度均匀性最优。通过实验验证了T型纵向微通道结构的优越性,并且得出了多热源温度均匀性随着热源总功率的提高而降低,随入口流量的增加而提高的规律,为多热源相控阵天线的热设计提供了依据。     

Equivalent thermal resistance minimization for a circular disc heat sink with reverting microchannels based on constructal theory and entransy theory

Thermal designs for microchannel heat sinks with laminar flow are conducted numerically by combining constructal theory and entransy theory. Three types of 3-D circular disc heat sink models, i.e. without collection microchannels, with center collection microchannels, and with edge collection microchannels, are established respectively. Compared with the entransy equivalent thermal resistances of circular disc heat sink without collection microchannels and circular disc heat sink with edge collection microchannels, that of circular disc heat sink with center collection microchannels is the minimum, so the overall heat transfer performance of circular disc heat sink with center collection microchannels has obvious advantages. Furthermore, the effects of microchannel branch number on maximum thermal resistance and entransy equivalent thermal resistance of circular disc heat sink with center collection microchannels are investigated under different mass flow rates and heat fluxes. With the mass flow rate increasing, both the maximum thermal resistances and the entransy equivalent thermal resistances of heat sinks with respective fixed microchannel branch number all gradually decrease. With the heat flux increasing, the maximum thermal resistances and the entransy equivalent thermal resistances of heat sinks with respective fixed microchannel branch number remain almost unchanged. With the same mass flow rate and heat flux, the larger the microchannel branch number, the smaller the maximum thermal resistance. While the optimal microchannel branch number corresponding to minimum entransy equivalent thermal resistance is 6.     

扇形凹穴型微通道液体流动与传热特性的数值模拟

为得到扇形凹穴型微通道内单相液体流动与传热特性,以等截面矩形微通道为参照,利用FLUENT计算流体力学模拟与分析软件进行三维数值模拟,采用有限体积法离散模型和SIMPLEX算法进行层流计算,讨论扇形凹穴型微通道热沉在不同体积流量不同热流密度条件下流体流动特性和传热特性.模拟结果表明：较大Re条件下扇形凹穴型微通道具有很...     

嵌入式微通道传热特性及局部热点尺度效应

通过实验测试结合理论分析,研究嵌入式微通道冷却系统的传热特性及局部热点的尺度效应. 测试芯片加工采用MEMS工艺,微通道层与顶层之间的连接采用硅硅直接键合,芯片与电路板（PCB）之间的连接采用倒装焊接. 研究结果表明,采用嵌入式微通道设计极大地缩短了微芯片到微通道的导热距离,可以显著地减小微芯片到环境的热阻. 根据测试结果可知,在100 W/cm²均匀热流密度的条件下,使用6.84 mW/cm²的泵功,可以将模拟IC热源的温升控制到小于40 K,能效比超过14 000. 在非均匀热流密度的条件下,局部热点的存在会增大导热热阻在总热阻中的占比,局部热点尺度越小,热点附近的侧向热传导越严重,导热热阻越大,这减小了对流换热热阻在热点区域总热阻中的占比,使得增大对流换热系数带来的总热阻降低效果减弱.