喷雾清洗中微颗粒受到流体作用力的研究

对喷雾清洗过程中微颗粒所受到的流体力进行了研究.由于液滴撞击在平面上产生的不稳定流, 无法用现有的层流作用力公式来预测颗粒所受到的作用力,本文采用了计算流体力学模拟的方法对流场分布进行了模拟,并且汁算颗粒上相应受到的作用力.通过计算结果,讨论了影响颗粒清除效果的关键因素.研究表明,在微米尺度内,平面的可湿性质对液滴展开的初始阶段流场分布有显著影响,从而也大大影响了平面上颗粒所受到的作用力.此外,撞击在下燥表面时,颗粒受到的拖拽力会比撞击到湿表面上时大三个数量级以上.而在湿表面上时,提高撞击速度会比增大液滴大小来得更有效,主导颗粒去除的力为拖拽力.     

微观作用力驱动的纳米颗粒自装配技术

自装配技术在物理、生物化学、MEMS以及纳米制造等领域得到了广泛应用,对该领域的研究显示出重要的应用前景和重大的理论价值,成为一个充满生机活力的热点。本文在阐述微器件自装配领域研究成果的基础上,重点介绍了应用毛细力、亲水(疏水)力作为驱动力实现微器件的二维和三维功能结构自装配过程,并指出了目前研究方法在纳米级微器件三维功能结构自装配中存在的问题,最后提出了综合应用介电泳力、毛细力及亲水(疏水)力实现纳米颗粒与三维基体自装配的方法。     

微纳米颗粒的激光去除

微纳米颗粒的去除是半导体、微电子、微型机械、精密光学等高新技术中的关键问题,而常规清洗方法难以有效去 除。近年来国际上发展的DLC、SLC激光去除方法非常有效,本文对DLC、SLC的实验方法、去除机制、影响因素和规律等进 行综述,指出了存在的问题。     

基于微流控技术的液滴微颗粒分选

微流控技术在医疗分析中具有重要的应用意义.在对样品生物分子分析前通常需要进行分选,达到纯化的目的 .使用不同种类的微颗粒代替生物分子(如细胞、蛋白质和DNA等),可模拟其在海藻酸钠溶液环境中的作用.通过软光刻制备的微流控芯片集成了微颗粒聚焦、液滴包裹微颗粒、液滴减速及液滴颗粒分选4个功能.通过鞘液流使微颗粒聚焦成一行,...     

激光等离子体法清洗微纳颗粒的物态变化研究

为了探究激光等离子体冲击波清洗过程中微纳颗粒的物态变化特性,针对单晶硅表面Al微纳颗粒进行了清洗实验;结合等离子体传播规律与有限元法模拟了颗粒内部的应力和温度变化情况,得到了颗粒相变和演化的规律。结果表明,大颗粒与中颗粒数量明显减少,尺寸由原来的0.5μm~3μm变为0.1μm~1μm;颗粒的物态变化主要是冲击波瞬时高温高压作用所致,颗粒内最大应力达到1GPa,最大温度达到1100K;颗粒在冲击波作用下发生了破裂与相变,细小颗粒数量增多并粘附在样品表面,增大了清洗难度。此研究可为激光清洗颗粒的理论和应用提供参考。     

FAMS中的颗粒切削的微观机理的研究

对游离磨料多线切割(Free abrasive multi-wire sawing,FAMS)的砂浆中颗粒的微观机理进行了简单分析。通过分析多线切割基本切割机理,进行微压痕实验,归纳了FAMS中颗粒的基本切割过程,并构建切割量化模型。再进一步探讨单颗颗粒相互作用和破裂机理,求出硅单晶在特定切割条件下的去除速率,解析砂浆和磨料颗粒的流体力学行为,最后对半接触和非接触情况进行了剖析,发现这两种情况是通过一条线分开,这条线是由砂浆薄膜厚度等于尺寸分布中最大颗粒的平均尺寸这样的条件确定的。对于给定的线速度,随着合力的增加,体制从非接触变化到半接触,穿过线后,切割速度突然变化。主要特点是对合力和线速度的依赖关系,在非接触条件下,切割速度几乎正比于线速度,但是对合力显示出非线性依赖关系。     

微流体系统中微阀的研究现状

依据微流体系统中微阀的驱动机理,将微阀分为有源微阀和无源微阀两大类,然后对这两大类进行细分,将有源微阀分为压电、磁、静电驱动、热驱动、相变、双稳态、外部驱动等类型,将无源微阀分为悬臂梁式、薄膜式、毛细管、扭矩驱动等类型。分别讨论了各种微阀的工作原理和性能,介绍了各类微阀的实验研究进展,指出了这些微阀的特点,突出了微阀作为微流体系统的主要元件之一,起到径流调节、开/关转换、密封生物分子和微/纳粒子等作用。回顾了微阀的发展历程,分析了目前研究过程中存在的问题,提出了微阀今后的研究方向。     

玻璃表面微颗粒的激光清洗研究(特邀)

针对玻璃表面微颗粒的污染问题,文中研究了脉冲激光对颗粒污染物的清洗阈值和清洗效果。通过颗粒吸附和形变模型计算石英玻璃表面与颗粒间的吸附力,分析热应力与激光能量密度的关系。通过吸附力和热应力的对比分析得到颗粒污染物的清洗条件和理论阈值。实验对比石英玻璃表面颗粒的正面入射和反面入射的清洗效果,研究功率密度、扫描速度和清洗次数等参数对清洗率的影响。结果表明,大颗粒污染物的反面清洗可以完全去除,正面清洗小颗粒污染物的效果较好。单因素和三因素研究表明激光功率密度对清洗率的影响比扫描速度大,激光清洗次数对清洗率几乎没有影响。     

激光冲击波清洗K9玻璃表面SiO2颗粒的研究

光学元件表面的颗粒污染物会影响到光学系统的正常运行,为了解决此污染问题,采用激光等离子体冲击波清洗法移除K9玻璃表面的SiO2颗粒污染物。在激光器扫描模式下,实验研究此方法的清洗效果;在激光单点作用下,理论计算了颗粒位置、激光作用距离及激光能量对清洗效果的影响,并以实验加以验证。结果表明,通过良好地控制激光参量,采用Nd:YAG激光清洗K9玻璃表面的SiO2颗粒具有明显的效果;在激光单点作用下,计算结果与实验结果规律一致。     

基于直线超声电机的微液滴制造设计与研究

为了制造出在生物化学领域中更高精度的微液滴,该文提出了一种新型的微液滴制造系统,该系统由驱动部件(直线超声电机和控制器)、微液滴生成部件(注射器、硅胶软管与玻璃基微米孔)、信号发生器和放大器及微液滴分离部件(弯振振动块和单边固支梁)组成。利用控制器驱动直线超声电机移动,由电机推动注射器,以便在微米孔尖端产生微小液滴。再利用振动块的振动与固支梁的位移放大作用使生成的微小液滴克服粘性力,从微米孔的尖端分离。该系统采用位移精度高的直线超声电机作为驱动元件,并研究微小液滴制造生成的设计方法。实验研究表明,该系统能生成直径小于Φ2μm的微液滴。     

磁头无铅微焊点液滴飞溅和失效性分析

磁头无铅微焊点可靠性分析主要包括焊点前期液滴飞溅的防护和后期焊点失效性分析,在实际生产中,应用钎料球喷射连接技术时,钎料液滴飞溅时有发生,本文融合激光加热和氮气压力技术,建立了一种新的用于计算磁头内置DFH控制元件连接钎料液滴冲击速度的双液滴模型,同时,采用正交试验法对比了不同激光加热参数和氮气压力条件下磁头内置DFH控制元件连接钎料液滴飞溅的情况,并进一步融合可控扫描式磁场和偏置两种方法,研究了磁头微焊点的失效情况.试验结果表明:下落前,激光脉冲能量是决定液滴温度的主要因素;下落后,对钎料液滴温度影响最大的是钎料液滴的初始温度.磁头无铅微焊点失效是焊点液滴飞溅和金属间化合物共同作用的结果.     

激光-MIG复合热源焊接熔滴过渡力学行为分析

针对激光等离子体和电弧等离子体共同作用下的熔滴过渡，根据气体动力学和静态力学平衡理论，对CO2激光-惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接过程中熔滴的复杂受力状态及其力源的产生与作用原理进行了深入分析。结果表明，一方面由于激光焊接过程中材料剧烈气化时产生的大量金属蒸气射流，对熔滴形成了巨大的反冲作用力，阻碍了熔滴过渡;另一方面，由于激光焊接产生的等离子体改变了原有惰性气体金属弧焊电弧等离子体形成路径，从而改变了原有焊接熔滴中的电流密度分布和流向而形成了一个新的复合电弧收缩力。两者综合作用降低了复合焊接熔滴过渡频率，破坏了焊接稳定性。在此基础上，进一步研究了焊接参数对金属蒸气反作用力、复合电弧收缩力等的影响规律，并采用数值分析的方法推导出了它们的数学描述;定量分析了复合热源作用下熔滴的受力机制，揭示了复合热源焊接过程中熔滴受力状态与焊接稳定性之间的内在关系。     

基于声表面波技术数字微流体微混合器研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微混合器.它由压电基片上叉指换能器和反射栅组成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,它激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波驱动微流体,使其与同一路径上的另一微流体合并,在反射栅反射回的声表面波共同作用下,加速微流体内分子扩散运动,提高了微流体混合效率.采用1 μL的水和1 μL红墨水以及1 μL的红墨水和1 μL甘油各自进行混合实验,结果表明:在声表面波作用下,微混合器能快速混合微流体.为片上实验室提供了廉价、易集成的微混合单元,具有潜在的应用价值.     

基于声表面波技术的数字微流体微加热器研究

设计了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微加热器。它由压电基片上两个叉指换能器构成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,其激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波,并辐射入微流体达到加温效果。停止加电信号后,微流体能量向外界辐射迅速降温。采用2μL的甘油微液滴进行升温实验,结果表明:微流体温度变化由外加电信号强度和持续时间决定,在电信号强度为19V时,微流体的温度上升速率为1.5℃/s,与理论6.2℃/s结果基本相符。     

基于无味高斯粒子滤波的空-海BO—TMA的研究

介绍了粒子滤波（PF）的基本思想和免重采样无味高斯PF（UGPF）算法的基本原理，特别针对空-海单站只测方位目标运动分析TMA（BO—TMA）问题应用UGPF和EKF（扩展卡尔曼滤波）进行了对照研究，建立了问题的离散非线性滤波估计模副，设计了典型的应用场景，给出了Monte Cado仿真运行结果；表明UGPF具有更高的估计精度、更好的收敛特性和滤波一致性。     

基于介电电泳的微尺度颗粒分离研究进展

对基于连续型、时变型及与其他力场联用的三类介电电泳颗粒分离技术进行了综述。分析表明,连续型介电电泳的分离效果较好,但形式较为单一,一般为二元或顺序分离;时变型介电电泳则可以结合不同特点的分离形式,提高分离的选择性与灵活性;为了兼顾分离的通量、灵活性与分辨率等要求,与其他形式力场联用则是解决问题的有效途径之一。在此基础上,给出了介电电泳技术在分离问题中的几个研究方向,包括拓展至具有复杂结构的颗粒类型,与具体的生物和医学问题相结合向应用领域发展,以及与磁场等外加力场相结合等。     

激光熔覆制备原位自生增强颗粒复合涂层

采用高能束横流HL-5000型CO2激光器在铸钢表面熔覆了含有碳氮化钛增强粒子的铁基熔覆层。利用X射线衍射(XRD)和能谱EDAX对熔覆层进行了分析, 并采用光学显微硬度计对熔覆层的硬度进行了测试。利用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对激光熔覆层的微观组织进行了研究。结果表明: Ti(C0.3N0.7)可以通过原位反应合成, 新的颗粒状强化相Ti(C0.3N0.7)的形貌特征多呈不规则形状, 弥散分布在熔覆层基体中。熔覆层与母材形成良好的冶金结合, 熔覆层内为方向性强的胞状树枝晶, 晶粒细小。熔覆层的显微硬度HV0.3达到730～850。     

三维壁面效应对微喷管性能影响的数值计算

以FLUENT6.1为工具进行并行计算,数值计算求解二维和三维稳态可压缩Navier-Stokes方程,模拟了三维壁面效应对扁平形状硅收缩-扩张微喷管内温度和压力的影响,进而研究了三维壁面效应对微喷管的流量系数和推力效率性能的影响。数值计算结果表明:对于喉部深宽比较小的扁平形微喷管,三维壁面效应较大,三维喷管内流体的速度小于相应的二维喷管内流体的速度,而三维喷管内流体的温度大于相应的二维喷管内流体的温度;二维数值计算的流量和推力均大于对应的三维数值计算结果,其差值随着喉部特征雷诺数的减小而增大。二维数值计算结果不能正确预测喷管出口实际流量和微推力。