一种新型MEMS开关微驱动器研究与仿真

介绍了一种基于光致形变聚合物材料的MEMS开关微驱动器。光致形变聚合物材料在光驱动型微执行器上的应用具有体积小、结构简单、易实现遥控等特点。根据MEMS的尺寸及性能要求建立开关及微驱动器模型,并得到所需最大驱动力。通过计算得出具有一定尺寸光致形变薄膜的等效弯曲行为,并将其应用到MEMS开关微驱动器上。运用ANSYS对微驱动器及闭锁机构仿真分析,根据仿真结果对结构进行改进,确定了采用多层薄板结构的方案,以满足最大驱动力要求。     

微纳马达行为控制与驱动燃料研究

人造微米马达是一种通过特定工艺制备而成的微米尺寸器件,在特定刺激下,能够实现各种各样的机械运动。微纳马达发展至今,取得了很多重大的突破和进展,科学家们通过多种材料制备了能在不同化学燃料中运动的微纳马达。主要对微纳马达行为控制与驱动燃料进行研究。     

光致弯曲材料微泵泵膜形变仿真计算

本文采用薄板小变形理论分析计算由一种受光照后产生弯曲变形的新型聚合物制造的微泵泵膜的形变,在理论推导出加入光致弯曲后的薄板弯曲问题的基本方程后,对其进行四边简支条件下变形计算,最后进一步采用MATLAB仿真其变形。     

光致聚合物全息储存材料的研究

本文阐述了光致聚合物全息储存材料的组成、单体形成聚合物的反应机理、光致聚合物膜层形成全息图的机理;介绍了光致聚合物全息储存材料的国内外发展的现状,并详细分析了Du Pont公司和Polaroid公司材料的优点及其形成原因;讨论了光致聚合物全息储存材料的性能指标,并根据其材料的特点,提出有希望提高其性能的解决方案。由于光致聚合物全息储存材料的诸多优点,有望在下一代储存材料中脱颖而出。     

一种微型转子的激光加工和光致旋转

利用单束强聚焦激光产生的光学力可以驱动微型器件,具有无机械接触和无需导线等优点,为微型机电系统提供了一种新型的驱动方式。在自行研制的飞秒激光微细加工系统中,采用一种新型的丙烯酸酯紫外光固化树脂,通过双光子聚合加工出直径6μm的万字形微转子。利用光镊装置实现了微转子的俘获,并在激光功率50mW时实现了转速为200rpm的光致旋转。微型转子的光致旋转为实现微机械马达提供了一种有效手段。     

NBT-BNT陶瓷的光致形变性能

光致形变材料在光致驱动器和传感器等光机电领域有重要的应用前景。本研究采用放电等离子体烧结法制备了Ni掺杂Na_0.5Bi_0.5TiO₃-BaTiO₃(NBT-BT)陶瓷材料Na_0.5Bi_0.5TiO₃-Ba(Ti_0.5Ni_0.5)O₃ (NBT-BNT)。进一步研究发现样品在405、520及655 nm波长激光照射下均表现出10 ^-3数量级的光致形变响应, 其光致形变系数达到10 ^-11 m ³/W。通过研究NBT-BNT陶瓷在外加光源照射下的原位X射线衍射图谱, 发现所有衍射峰在可见光照射下均发生小角度的偏移, 说明光照引起的材料晶格畸变是NBT-BNT材料光致形变效应的主要原因。     

以BMA-MA共聚物为成膜树脂的光致聚合物材料的全息性能

采用溶液聚合法合成了水溶性的甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸(BMA-MA)共聚物,以这种共聚物为成膜树脂制备了光致聚合物全息材料,研究了光致聚合物全息材料的光敏性、衍射效率、空间频率响应、折射率调制度、曝光能量常数等全息性能。结果表明,在记录信号空间频率为1580 cy/mm时,以BMA-MA共聚物为成膜树脂的光致聚合物全息材料的灵敏度可达15 mJ/cm2,最大衍射效率为92.8%,曝光能量常量为10.9 mJ/cm2,衍射效率随所记录信号空间频率的增加而降低,材料的最大折射率调制度为2.85×10-3,是一种具有一定应用前景的光致聚合物全息材料。     

纤维素基电驱动材料的研究进展

纤维素在自然界中来源广泛，是最丰富的天然聚合物之一，已成为一种极具吸引力的可用来制备柔性电驱动器的智能材料。纤维素的柔性轻质、低廉可再生使其可以作为电驱动材料的基材，但丰富的羟基也使其具有易受环境湿度影响等缺点，可与导电材料复合改善纤维素基电驱动材料的性能，例如更大的弯曲变形、优异的耐久性、在湿环境中稳定驱动等，还可以采用纳米纤维素作为基材来提高材料的机械强度。本文主要对基于纤维素的电驱动材料的研究进展进行分析，重点介绍了其在柔性压电传感器、柔性仿生驱动器以及微机电系统等方面的应用，并对其发展前景进行了展望。     

预拉伸电活性绝缘弹性薄膜的机电驱动特性实验及分析

电活性聚合物是一类接近动物皮肤的驱动材料,在微小型机电系统、仿生机器人、柔性装置、功能结构等方面具有很大的应用潜力。绝缘弹性薄膜是其中的一类,驱动特性为大应变、低应力、快响应和高效率。文中从绝缘弹性薄膜HN1110的单向拉伸实验获取的实验数据,回归出材料特性参数;然后在平面双向预拉伸后进行高压驱动试验,获得基本的机电驱动特性数据;最后利用Mooney-Rivlin,Yeoh和Ogden三种模型研究其机电响应特性,依据试验结果对三种模型在变形范围、预拉伸量和模型特性等方面进行了分析和评价。     

光电层合圆柱薄壳的激励特性及控制

光致伸缩材料（如铁电陶瓷材料镧改性锆钛酸铅）在高能光束照射下具有光致形变效应,可应用于柔性结构的非接触激励与控制。本文在研究光致伸缩作动器光-电-热-力等能场耦合机理基础上,构建出光致伸缩作动器的数学模型,推导出光电层合圆柱壳振动控制方程。利用模态控制因子对不同布局下作动器的控制效果做出评价,同时对变曲率圆柱壳的薄膜作用与弯曲作用进行了较深入研究。最后,利用Lyapunov与速度比例反馈控制对所提出的布局进行了振动主动控制分析,结果表明分布式光致伸缩作动器对圆柱薄壳低频振动的控制效果良好。     

磁控形状记忆合金的形变机理建模与仿真

磁控形状记忆合金是一种能在磁场作用下发生变形的新型功能材料,具有输出应变大、响应速度快、机电转换效率高和易于控制等优良特性,特别适合应用于致动器设计中.从微观的角度分析了磁控形状记忆合金在磁场中发生变形的机理,并在Kiefer-Lagoudas模型的基础上开展了建模与仿真研究,结果表明,采用三角形式的硬化函数能更好地反映材料的实际输入输出特性.提出并分析了脉冲磁场驱动下MSMA的形变及恢复机理,为进一步研究脉冲磁场式MSMA致动器提供了理论依据.     

机电集成静电谐波微马达转子面外自由振动分析

提出了一种基于静电驱动的新型谐波微马达,并描述了该微电机的基本工作原理,分析了进行转子面外动力学研究的必要性。基于传动系统的变形能、动能和电场能,利用Hamilton原理得出了转子面外自由振动平衡方程。然后,对两种不同的模态进行了求解,给出了系统自由振动频率的表达式,分析了系统参数对自由振动频率的影响规律。研究结果对于该马达的动力学性能设计以及工作参数的选择具有重要的指导意义。     

单振子二自由度球面马达的运动机理

利用矩形板形压电振子的两种振动模态,构建了一种采用单片压电振子驱动球形转子,形成两个旋转自由度的压电球面超声马达,对马达的作用机理进行了仿真分析和试验验证.利用有限元法对马达的矩形板压电振子的振动模态、共振频率进行了分析计算,仿真结果表明矩形板压电振子能够形成振型清晰的B32和B23振动模态,模态频率分别为49.127 kHz和49.756 kHz.对压电振子上每个凸起与球形转子之间的接触点的运动轨迹进行了计算机仿真,并对仿真结果进行了试验验证.分析结果表明各接触点能有效形成时序合理的椭圆运动轨迹,作为支撑足的一组凸起的变形量占作为驱动足的一组凸起的变形量的30%,能够用于驱动球形转子形成二自由度转动.仿真分析和试验结果证明了二自由度球面马达球形转子形成二维运动的作用机理.     

含孔洞聚合物材料破坏过程中的热量生成

对含孔洞聚合物材料表面应力拉伸失效过程中由于不可逆变形引起的热量生成进行了实验研究，利用上测温技术观测，记录和初步分析了孔洞局域温度场的形成和演变规律，研究表明，聚合物材料的损伤与断裂过程是热力耦合的，在我们的具体实验中，材料宏观破坏时的生成热约为外力功的４４％，可见，它对材料失效的影响是不可忽略的，同时，结合形变的微观和细观物理机制，对实验中观测到的变浊规律作了初步的定性解释。     

超声马达涂层摩擦材料研究

超声马达是一种依靠摩擦力驱动的新型驱动器,摩擦材料对超声马达的性能有重要的影响.以环氧树脂为基体,选择MoS2粉、晶须和Cu粉为填料,利用表面粘涂法制备了两种规格的涂层摩擦材料试样,研究了填料含量对涂层摩擦材料摩擦学性能及硬度的影响;借助正交设计和回归分析实验方法,研制出一种基本满足超声马达使用要求的涂层摩擦材料.在超声马达摩擦特性模拟试验装置上考察了涂层摩擦材料厚度对超声马达性能的影响.研究表明,在本文的实验条件下,当涂层摩擦材料厚度为1mm时,超声马达具有较好性能.     

光折变聚合物材料研究进展

综述了光致折变聚合物材料的分类方法和近年来光折变聚合物材料的发展状况，认为液晶光折变聚合物材料将有巨大的应用前景。     

离子聚合物金属复合材料驱动器的制备与性能研究

以离子聚合物金属复合材料(IPMC)作为驱动器,应用于新型仿变形虫机器人运动中,为满足运动系统参数要求,研究了IPMC智能材料的结构、弹性模量与加电变形性能.实验制备了IPMC材料,采用SEM对其表面及断层电极金属形貌进行表征,纳米压痕仪测量其硬度及弹性模量,对加电形变性能采用跟踪记录材料变形过程,并运用图像处理,展示...     

具有自发可逆形变特性的液晶弹性体

单畴结构的液晶弹性体具有自发可逆形变特性,是一种新型的智能材料,在传感器、微执行器等领域具有重要的应用价值．分别综述了热致型、光致型自发可逆形变液晶弹性体的研究发展现状,分析和阐述了单畴液晶弹性体自发可逆形变特性的原理,并展望了单畴液晶弹性体在人工肌肉和形状记忆材料方面的应用前景．     

热致形状记忆聚合物非接触式驱动的研究进展

非接触式驱动是将能量直接作用于热致形状记忆聚合物上,驱动其回复初始形状的驱动方法。从电驱动、激光驱动和磁场驱动等方面概述了非接触式驱动的实现方法、原理,综述了近年来热致形状记忆聚合物非接触式驱动的研究进展,并展望了非接触式驱动的可能应用领域与前景。     

正渗透膜材料与驱动体系的研究

报道课题组在正渗透膜材料及高效易回收驱动液方面的研究进展.在膜材料方面,我们研究了准双皮层的三乙酸纤维素正渗透膜,得到的膜性能优于商业化HTI正渗透膜.在驱动溶质方面,研究了以乙二胺四乙酸和树枝状聚合物以及具有响应性能的纳米材料为代表的大尺寸驱动体系,验证了大分子驱动溶质可以有效降低内浓差极化.研究结果表明,膜与驱动液在正渗透研究中都非常重要.