基于液晶引流效应的数值计算与研究

针对液晶盒上基片固定和上基片游离两种状态分别建立计算模型,运用MAPLE化简液晶引流效应基本方程组,在给出边界初始条件的基础上,运用MATLAB编写计算程序并以程序运行时间为指标完成程序优化。对于上基片固定模型,添加电场后液晶指向矢逐渐转向电场方向,在50μm盒厚、添加10~5V/m场强的恒定电场时,液晶分子转动引起液晶流动最大速度为27.5μm/s,发生在添加电场后的0.23 s。对于上基片游离模型,在50μm盒厚,添加场强为10~5V/m、频率为1 Hz、占空比为20%的6周期方波电场时,液晶盒最大速度为259.384 0μm/s。数值计算与实验数据相对比,液晶盒上基片位移数值大小在同一个数量级,运动轨迹十分吻合。     

基于液晶引流效应的微流体驱动方式开发

以开发全新微流体驱动与控制方式为目标,运用液晶弹性形变理论与Leslie-Ericksen理论,对两平行板内电场引起的液晶流动进行研究。理论计算中主要讨论了扭转角对流动剖面图的影响:扭转角对流动的空间特征量影响较大,对于时间特征量没有影响。实验中采用5 V低电压驱动,通过向液晶混入极少量微粒子观察流动的特性,结果与理论计算结果较吻合。     

一种微机器人驱动器的动力特性研究

针对采用微小弹性啮合轮传动机构研制的微驱动器进行了运动和动力学分析,建立了微驱动器的运动方程和动力学方程.然后采用微驱动器模型进行了运动实验和传动力特性实验,实验研究表明,微驱动器的运动状态受到工况条件、微传动机构的动力特性等因素的影响.     

基于石蜡热膨胀的无缆双向微驱动器研制

讨论了石蜡热膨胀性能,分析国内外基于石蜡热膨胀的微驱动器的工作原理和特点,并介绍笔者研制的一种电磁驱动热膨胀型无缆双向微驱动器。该驱动器基于蠕虫移动原理,并可通过外加磁场控制移动方向,成功地实现了无线驱动方式下的双向运动,使其在大驱动力、大变形量和医用内窥镜方面具有明显的优势。     

基于Halbach阵列宏微复合驱动器的输出力优化研究

为提升宏微复合驱动器的输出力以及改善输出力波动,采用将永磁体进行Halbach阵列方式布置,并通过添加辅助磁轭来改变宏动线圈与永磁体的相对位置两种方法结合的方案。为验证优化方案的有效性,采用有限元电磁场仿真,分析宏微复合驱动器优化前后的输出力变化,并以提高输出力和降低输出力波动为目标,得出了Halbach阵列的永磁体最佳尺寸。最后搭建实验平台验证了优化方案的合理性。结果表明：优化方案使宏微复合驱动器在电流大小为4 A时,输出力达到95 N左右,输出力波动减小为23 N左右,验证了优化方案的合理性。     

超磁致伸缩驱动器及其微位移特性研究

基于超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应,研制一种具有可控微位移功能的超磁致伸缩驱动器,并对外加预压力下该驱动器的微位移特性进行了实验研究。采用位移传感器、数据采集卡、驱动电源等,搭建超磁致伸缩驱动器的微位移性能测试台,实验研究在外加电流、预压力下,超磁致伸缩驱动器的输出位移与外加电流的关系。研究结果表明:在外加预压力为0~300 N时,驱动器的输出位移随外加电流的增加而增加;而在外加预压力为300~400 N时,超磁致伸缩驱动器的输出位移随输入电流的增大而减小。     

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。     

一种微机器人驱动器的运动试验研究

介绍了微驱动器样机的爬坡能力试验和管道运行试验。试验结果表明,微驱动器样机具有一定的爬坡能力,能够顺利通过直径为19mm的硬质塑料管道;但微驱动器运动状态由于受动载荷的影响,存在不稳定现象。     

向列相热致性液晶82832微驱动效果研究

由于温度直接影响液晶材料的黏弹性与介电系数,进而影响驱动性能,有必要对其进行深入研究。以新型热致性液晶材料82832为研究对象,通过DSC试验确定其呈现液晶相的温度为48～118℃。以50、60、70℃为驱动温度,以扭转角0°、45°及90°为基本变量,对82832的驱动性能进行大量试验研究。结果表明:驱动速度随驱动电压的增大而增加,温度为60℃、扭转角为0°时,驱动速度得到最大值;通过改变所施加的驱动电压频率,对驱动效果进行再次验证,得到最佳驱动温度为60℃、最佳驱动频率为10 Hz。在前期研究基础上建立液晶82832数值研究的计算模型并进行理论计算,结果与试验结果吻合较好。研究结果为液晶引流微驱动方式的应用提供参考。     

基于压电驱动的数字化微喷射技术的研究

介绍了一种基于压电驱动的数字化微喷射技术。利用逆压电效应,对压电驱动器施加周期性电场,使与之固连的微管道固壁产生周期性运动,固壁边界层内的流体随管壁一起运动,并通过粘性力将运动传递,带动微管内部流体一起运动,实现了微流体的驱动。以粘性不可压缩流体运动的纳维-斯托克斯方程为基础,得到了压电驱动微管道内流体的运动控制方程及其解;在此基础上分析了形成微喷射的原理。对微喷射进行了实验研究,喷出的液体量微小、可控,且适用不同流体的喷射。     

基于电水动力驱动的新型微马达的设计与试验

以电水动力学的理论为基础,设计制作了一种基于水体动力驱动的新型微马达,这种微马达具有能耗低、结构简单、尺寸小等优点。分别将单体液晶和单体液晶与癸二酸二丁酯的混合液体注入具有4种不同电极结构的微马达,得到了8条转子转速与电压的关系曲线,得出了转速与电压、液体种类、电极结构等关系的一系列结论。     

微型爬壁机器人研究的关键技术

首先论述了微型爬壁机器人的发展背景及与传统爬壁机器人的区别。然后对微型爬壁机器人研究的国内外现状及关键技术做了详细分析。     

微型泳动机器人研究

介绍了国内外微型泳动机器人的研究进展,对微型泳动机器人的工作机理和存在的问题进行了分析,论述了医用领域微型泳动机器人的研究难点和关键技术,并对微型泳动机器人的发展趋势及应用前景进行了探讨。     

基于体外超声波供能的体内微致动器与微电源的研究

提出基于体外超声波供能的体内微致动器和微电源设计方案。微致动器、微电源内有超声波吸收液体,将体外发射到体内的超声波吸收转换为热能。热能传递给热膨胀液体,液体热胀冷缩,获得机械伸缩动作。升温后的超声波吸收液体和人体温度差,可以通过热电元件,转换为电能。     

微型晶体谐振器真空烤箱出料门系统设计及开发

为了满足微型晶体谐振器高性能封装需求,综合应用机-电-气一体化设计理念,研发一套微型晶体谐振器真空烤箱出料门系统.以密封性好、可靠性高为目标,提出了由Z轴按压机构、Y轴提升机构和防掉落保护机构组成的系统结构技术方案;以冲击性小、能耗低为目标,对气动回路进行详细设计,并在回路数学模型、仿真分析基础上,确定气动回路的关键参...     

非牛顿流体微流场测量Micro PIV系统研究

介绍了一种专用于非牛顿流体微流动测量Micro-PIV系统,主要包括微流场激发、微流动观察记录与数据处理三大部分。针对非牛顿流体流动激发形式多样性的特点,微流场激发部分包括显微镜冷热台、波形发生器和磁场发生仪,可以产生激发非牛顿流体为流场所需的电、磁及温度场。观察记录部分主要包括荧光显微镜、CCD等,用于观察并记录荧光示踪粒子的运动,获取荧光示踪粒子运动的视频文件。数据处理部分用于将视频文件进行图像处理以得到所需流场数据。应用该系统对非牛顿流体5CB液晶在电场作用下所激发的微流动进行了测量,重点测量了液晶盒侧面的速度剖面图,所得到的试验结果与计算结果非常吻合,且比传统测量方法更加快速、准确。此外,对温度场变化产生的液晶缺陷进行了试验研究,得到了连续加热冷却状态下的液晶缺陷形成温度变化趋势,即形成缺陷的温度逐渐升高,从开始的31.25℃逐渐升高至34.4℃后保持平稳。     

液晶无损检测技术

介绍胆甾相液晶的化学结构与光学特性和胆甾相液晶应用于无损检测的原理。通过对两块铝板焊接状态和带有人工缺陷的铝面板铝蜂窝结构平板材料进行液晶无损检测，验证了该方法具有准确、可靠、灵敏度高、图像色彩鲜艳直观、操作简便、经济而且有效的优点。最后指出液晶无损检测是探测薄板材料焊接和蜂窝结构复合材料缺陷的有效方法，可广泛应用于工业生产。     

Surface modification of polyimide alignment films by ion beams for liquid crystal displays

The optically-compensated-bend mode exhibits fast response by switching between two bend states for liquid crystal displays (LCD). However, the initial liquid crystal configuration is in a splay state. It is required to apply a voltage higher than the critical voltage to transit the cells from the splay state to the bend state. The transfer process takes a period of time to stabilize the bend state before the efficient operation could be started, and thus it is termed the warm-up time or transition time. In this study, the surface of polyimide alignment films was modified by ion beams to promote the transition. A large number of nucleation sites were demonstrated to reduce the transition time from 24 s to 17 s after the effective surface modification by Ar⁺ ion beam. Both H₂ gas and Ar gas were employed as the ion sources at the different 165-250 eV energy levels. The surface characteristic analysis results also showed that the room temperature contact angle with water was reduced from 90.1° to 81.7°. In the meanwhile, there was no obvious morphological destruction on the polyimide film surface, which was evidenced by the atomic force microscopy study. In addition, the LCD cells remained an excellent response time of 3.4 ms at 5.5 V.     

Abrasive processes for micro parts and structures

The demand for miniaturized products and functionalized parts is increasing, and many such products are made of hard and brittle materials machined by abrasive processes. The first part of this keynote paper is dedicated to a discussion of micro parts and micro structures machined – at least in part – by abrasive processes, followed by a discussion of the associated abrasive processes. The strengths and limitations of these processes, among which include dicing, micro grinding, micro abrasive blasting, and vibration and magnet field assisted finishing are discussed. The paper concludes with a discussion of future trends in the field.