温度可控全透明PDMS微通道阵列芯片的设计

本文设计制作温度可控全透明PDMS微通道阵列芯片。采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃,分别加工微通道阵列及加热器并利用真空氧等离子实现芯片的键合。芯片的温度控制部分采用单片机AT89C51为核心,通过对PID温度控制算法进行修正,芯片的温度控制精度可达到±0.2℃。该芯片可用于DNA分析或细胞培养。     

聚二甲基硅氧烷气动微型蠕动泵制作工艺的研究

聚二甲基硅氧烷(PDMS)气动微型泵由3个PDMS气动微阀构成,依靠3个微阀的蠕动作用实现输运液体的作用.PDMS气动微泵的关键制作工艺是液体通道的弧形化和PDMS层之间、PDMS层与玻璃基片之间的封接.实验证明AZ4620正性光刻胶所制作的阳模能形成剖面形状呈弧形的液体通道.采用等离子体氧化处理法封接技术实现了PDMS层之间、PDMS层与玻璃基片之间的封接,该工艺易操作,封接速度快,而且封接效果好.     

负压驱动蠕动微型泵的研究进展

基于负压驱动原理研制了一种结构简单的蠕动微型泵。微型泵由3层聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料,构成气路层、驱动薄膜层和流路层,其全部结构均采用激光器加工制作而成,并通过表面等离子体氧化处理技术实现了各PDMS层之间的键合封装。该微型泵具有流速高、回流低、气泡耐受能力强,以及不伤害传送介质的特点。尤为重要的是,连接负压源的气路层通过PDMS薄膜能有效去除流路中的气泡,这是处理复杂流体样品时所期望的。通过对比前期微型泵的气路通道的流阻、常闭微阀的个数、负压压力和驱动频率等各项参数,获得了其性能参数。在50kPa负压和30Hz驱动频率的条件下,获得的最佳流速为600μL/min,这一流速参数可与正压气动型蠕动泵的流动性能相媲美。     

基于双层微结构电极的柔性电容式压力传感器

为了研究电容式传感器电极表面有微结构对自身灵敏度的影响,设计了一种基于双层微结构电极的电容式压力传感器,其以表面溅射有导电金属的带有金字塔微结构的PDMS薄膜作为上下层电极。该方法设计的传感器能够明显地提高传感器的性能,灵敏度可达0.34 kPa~(-1),是无微结构电极传感器灵敏度的17倍,具有低的检测极限(最低为20 Pa)、较快的响应时间(200 ms)和可靠的重复性。实验表明,该传感器能够实时快速地的检测外部压力的变化。     

电容耦合非接触电极及心电信号获取

电极与皮肤间接触所导致的不适感,是穿戴式心电信号测量系统实际应用中的常见问题。设计了一种非接触心电信号测量系统。采用印刷电路板制作的测量电极,借助电容耦合测量位移电流的方式获取心电信号。采用反接二极管提供测量所需的高阻值偏置电阻,结合高输入阻抗仪表放大器,制作了测量电极信号提取电路。测量系统由两个测量电极与一个直接与测量电路地相连的参考电极组成。选择金属铝板、导电纤维和导电橡胶作为参考电极,实验研究了共模干扰抑制性能与参考电极接触阻抗之间的量化关系。将主元分析与奇异谱分析相结合,提出了一种心电信号处理算法。实验结果表明,该系统可在棉质线衣外侧有效获得满意的心电信号。     

基于原子力显微镜的四电极微探针局域电导率测量技术

开发了基于原子力显微镜(Atomic force microscope,ArM)的四电极微探针局域电导率测量技术.四电极AFM探针最小的电极间距为300 nm,安装了这种新型四电极微探针的AFM系统既保持表面微观形貌测量能力,又可以在实施表面形貌扫描的同时测定局域电导率.利用该技术精确测量了厚度为6.0μm的铝薄膜和厚度为350nm的透明导电氧化铟薄膜(Indiumtin oxide,ITO)的局域电导率,试验结果证明基于AFM的四电极微探针技术在亚微米局域电导率测量方面的能力.     

基于多孔PDMS薄膜介电层的柔性压力传感器

提出一种基于多孔弹性体薄膜介电层的电容式压力传感器。该多孔弹性体薄膜是由液体相位分离原理制作而成。首先将去离子水与聚二甲基硅氧烷(PDMS)以一定比例均匀混合,随后将溶剂蒸发后形成多孔复合弹性薄膜。以ITO为电极材料,PET为柔性基底,多孔弹性体薄膜为介电层,将两电极面对面层压封装,得到电容式柔性压力传感器。由于均匀孔结构的存在,薄膜介电层在压力作用下能发生较大形变。研究结果表明,基于多孔薄膜介电层的压力传感器的灵度为0.58 kPa~(-1),具有良好的稳定性和重复性;传感器阵列能够准确地检测表面压力分布。制作的柔性压力传感器具有高灵敏度、低成本的特点,可用于人机交互界面、电子皮肤传感和细微压力变化监控等方面。     

基于微纳压印的柔性PDMS薄膜传感器设计

利用性能优异的PDMS薄膜制备的新型柔性传感器柔性好、重复度高,可适应复杂曲面,其应用前景也十分广阔。采用PDMS薄膜为柔性基底,填充导电材料碳纤维制备传感元件,使用微纳压印的方法制备V槽形微结构把灵敏度提高到3.5 kPa~(-1);并总结出柔性PDMS薄膜传感器的制备方案,为柔性PDMS传感器的制备提供参考;最后按照实验设计对PDMS薄膜传感器的性能等方面开展了系统的研究。     

基于改性MWCNTs/PDMS柔性应变传感器的制备和研究

针对当前柔性应变传感器响应范围小、灵敏度低和稳定性差等问题，以多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料，制备出可印刷的导电复合油墨。为了提高MWCNTs在PDMS中的分散性，以获得具有高导电性和高印刷性的导电复合油墨，用硅烷偶联剂(KH570)对MWCNTs进行改性。改性后的MWCNTs/PDMS复合材料的导电性能和印刷效果有很大程度的提升。所制备的柔性应变传感器在获得较大应变范围(160%)的同时，也具有较高的灵敏度(74.1),此外，传感器还具有较好的稳定性(可进行1 000次循环加载)。将该传感器应用于人体运动监测，可准确检测到手指弯曲的变化。     

基于Ag-PDMS复合导电材料的微流控芯片3D电极的制备

提出一种利用Ag粉和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)制成的复合材料加工微流控芯片3D电极的方法。选取导电性良好的银粉作为填料物,透明性良好和生物兼容的PDMS作为基体。将Ag颗粒表面改性后,用超声法、机械共混法相结合的方法与PDMS混合加工形成一种新型Ag-PDMS复合导电材料。分析了Ag粉的形貌、粒径、填料比例与复合材料电阻率的关系,结果表明当选取粒径为1μm片状Ag颗粒作为填料物,填料质量分数为86%时,Ag-PDMS复合导电材料的导电性能最好。最后利用软光刻方法,经过曝光、显影、填充、固化和剥离等过程,制备了3D电极。实验证明,该方法可以成功制备Ag-PDMS复合导电材料微流控芯片3D电极,对微流控芯片电极的制备有重要意义。     

21世纪微通道板（MCP）技术新的开发前沿：体积导电MCP型像增强器

本文详细介绍了Litton电子光学系统（LEOS）和美国陆军夜视和电子传感器管理局有关开发一种非镀膜体积导电玻璃（BCG）微通道板（MCP）以改进像增强器的计划；此微通道板可用于任何一种像增强器，使其信噪比、可靠性和使用寿命均得以提高。首先我们讨论了与这种新型MCP玻璃有关的材料特性，然后分析非镀膜体积导电玻璃微通道板在真空拆卸试验中的漏气和离子反馈特性。还讨论了采用标准Ⅲ代配置（9－13微通道间距）对非镀膜体积导电玻璃微通道板进行的电气和光学测量。这些测试结果将是对非镀膜体积导电玻璃微通道板制成的增强器的性能描述。该计划的目标是制造具有先进体积导电玻璃微通道板的高性能Ⅳ代或更高的像增强器，以为21世纪的夜视系统提供增强的成像能力。     

一种基于PDMS的微型空气取水装置研究

为解决日益恶化的全球淡水危机及干旱环境中紧急用水等问题,将具有灵活表面化学性质、低渗水率和高导电性等特性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)技术应用到空气取水装置中,设计了一种基于PDMS的微型空气取水装置。开展了该微型空气取水装置的结构与工作原理的研究,建立了微型空气取水装置的有限元流场分析模型,进而对空气取水装置的取水效率进行了仿真。利用PI电热膜加热对空气取水装置的取水效果进行了测试。实验结果表明,所制作的空气取水装置在10 min的解吸附时间内可以产水0.2 ml,能够从常温常压的空气中取水,验证了该微型空气取水装置的可行性。     

基于模型识别的高温微型压力传感器

高温测量是急需解决的测量问题之一。介绍一种将放大电路与信号传感器件分离的基于模型识别技术的高温微型电容式压力传感器。电阻电容信号滤波网络和信号的模型识别组成一个微型传感系统，在对滤波网络进行激励和模型识别后就可以得到变化的电容值。这种MEMS技术制作的硅玻璃键合的电容式压力传感器，可以在小于300℃环境下工作。此高温测量系统既满足高精度测量的要求，也避免了在高温环境中进行信号放大的难题。     

一种微小型电磁驱动流体控制阀的研究

介绍了一种微小型电磁驱动常闭微流体控制阀的设计和制作方法,该阀采用MEMS工艺与精密加工相结合的方法制作微型阀的核心部件--电磁致动器和阀芯,实现了微小流量控制和结构小型化,并通过实验对微型阀进行了特性测量.该阀具有工作电压小(2～3V)、功耗低、结构尺寸小(体积为3.0cm3)、流量小(0.3MPa时体积流量小于0.23mL/s)等特点.     

通用型耐高温微型压力传感器封装工艺研究

针对通用型高温微型压力传感器的测量要求,采用SIMOX(separation by implanted oxygen)技术SOI(silicon on insulator)晶片4层结构Pt5Si2-Ti-Pt-Au合金化引线系统,解决了高温压力传感器引线的难点。制作了静电键合实验装置,完成了硅／玻璃环静电键合,制作了压焊工作台,选用退火后的金丝,金金连接完成内引线键合。自制了耐高温覆铜传引板,定制了含Ag的高温焊锡丝,选用了耐高温导线作为外导线,完成了耐高温封装的关键部分。研制了高精度、稳定性的压阻式压力传感器。     

光栅测量系统的发展趋势及水平

1.光栅数字测量系统发展概况 光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分,是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。光栅传感器是作为位移测量元件,光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准,并通过光电扫描进行分度,编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器,而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

非接触式表面电势测量的MEMS微型静电压仪

针对工业中的表面电势测量应用,研制了一种新型的基于微机械加工技术(MEMS技术)的微型静电压仪.为了提高器件的信噪比和灵敏度,传感器敏感结构基于谐振式工作原理,并采用差分激励和差分敏感的结构设计.基于高速数字芯片和数字信号处理技术,研制了传感器的数字化检测系统原理样机.该传感器可实现非接触式表面电势测量,在距离目标表面20 mm位置,该传感器最小分辨电压优于10 V,精度优于10%.文中还进行了摩擦泡沫表面电势的测量,试验结果表明:该传感器可反映表面电势的变化和电荷衰减.     

基于MEMS工艺柔性电极制备与测试

针对柔性技术对柔性可拉伸电极的需求,提出一种在聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底上制备具有周期为8μm"三角波"结构Ag薄膜电极的方法。采用MEMS工艺技术制作柔性电极模板,结合PDMS倒模、plasma表面修饰、磁控溅射金属Ag的方法,制备了可拉伸柔性电极。通过测量柔性电极的初始电阻值、阻值与柔性衬底拉伸形变量的关系以及柔性电极的拉伸极限,测试结果表明该方法实现了粘附性能好、初始阻值小、重复性可靠、电阻变化速率小、拉伸形变为65%的可拉伸柔性电极。同时该方法制备的柔性电极尺寸、周期等参数可控,应用领域得到延伸,可适应不同需求的柔性电极的制备。     

新型高柔弹性导电薄膜电极层的制备与性能研究

为了解决用于机器人等复杂三维载体表面或活动关节部位的触觉传感器实现高柔弹性的难题,提出了基于纳米材料,并结合马蹄形的形状布置与预拉伸工艺制作新型高柔弹性导电薄膜电极层的方法。将银纳米线以马蹄形的形状布置植入到已经过预拉伸处理的PDMS薄膜表面,形成具有高伸缩性能的导电复合材料。将其应用于机器人手腕及手指部位,验证了良好的拉伸-导电特性,且拉伸试验结果表明:这种新型高柔弹性导电薄膜电极层随着拉伸率的增加,电阻值呈现先减小再缓慢增大的趋势,在第50次拉伸30%后,电极相对初始值的电阻增量仅为93%。这种新型电极制作工艺简单,具有良好的柔弹性、导电性及稳定性,透明度也很高,可应用于拉伸、弯曲、扭转等多种复杂的应用场合。