基于SEM的压电式微纳操纵系统

微纳操纵系统是当前先进制造技术领域的一个重要发展方向.为了实现在亚微米及纳米尺度下进行实时观测下的操纵,设计了一种基于扫描电镜(SEM)的压电式微纳操纵系统,本系统由数字式环境扫描电子显微镜系统、精密工件台、微纳操作机构、图形发生器和计算机系统组成,采用数字式环境扫描电子显微镜作为微纳操作的观测器,在SEM的样本室内安装微纳操作臂,计算机系统控制微纳操作臂,使其在SEM的实时观测下对放置在精密工件台上的样本进行操纵,并且还可利用图形发生器进行电子束曝光以制备微纳结构.实验证明,本系统不仅能适于在各种环境下进行微纳操纵,且还可制作微纳结构,具有很强的实用性.     

压电式发电的悬臂梁结构参数分析

针对如何提高悬臂梁压电式发电效率的问题,通过所建立的压电转换模型,分析了结构参数对输出电压的影响,在设计悬臂梁的结构参数时,尽量在结构强度允许的条件下,选择大的附加质量块与压电双晶片宽度,是获得较大输出电压的重要方法.分析还表明,虽然压电双晶片的长度lb对输出电压影响较大,为满足压电发电装置的微型化要求,在设计中参数限制了lb的选取范围.在低频工作区,参数附加质量块与悬臂梁沿x轴方向上的接触长度lm、压电陶瓷层的厚度tc对输出电压作用较弱.经设计与搭建的实验平台及测试系统,进行了测试结果与仿真分析相比较,结果表明理论分析是可信的.     

基于FPGA的电子束曝光村工件台控制器设计

基于激光干涉仪的精密工件台是电子束曝光机的关键设备。为了改进工件台控制器的运算速度．设计了一种基于FPGA的电子束曝光机工件台控制器。本控制器由上位机接口、激光干涉仪测量系统接口、电机控制接口、手动面板接口和主处理器组成,以美国Xilinx公司Spantan3系列的FPGA芯片XC3s400为核心。实现控制器与上位机、激光干涉仪测量系统、伺服驱动系统、手动控制面板之间的数据交换和指令传递。完成工件台的精确移动。满足电子束曝光的定位精度和拼接精度的要求。     

圆柱-球体多自由度超声电机定子的优化设计

为了实现圆柱-球体多自由度超声电机的运动和提高电机的机电转换效率。电机的定子要具有合适的工作模态。该文根据该种电机对其定子工作模态的要求，以定子的结构参数为设计变量，建立了定子的优化设计数学模型，采用约束变尺度优化法编制了计算程序，并对实例进行了相应的计算。通过与原型样机的实验结果进行比较，证明该文所提出的优化设计法是有效的。     

单定子三自由度超声电机的驱动及其位置控制

介绍了单定子三自由度超声电机的结构及实现三个自由运动的原理，制作了该超声电机的驱动电路，并根据控制目标设计并实现了该超声电机的运动信号的检测和位置控制，实验结果表明该超声电机的输出轴在一定范围内能够精确地按照预定轨迹达到空间的任一位置。     

电容器用金属化高温电介质薄膜的自愈性能研究

现代电力电子系统的高温应用迫切需要耐高温的金属化膜电容器(MFC)。虽然已有大量研究表明高温电介质膜具有令人满意的储能性能,但其自愈性能尚不清楚,而该性能是决定高温电介质膜能否应用到MFC中的关键。本文主要研究了聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)和聚酰亚胺(PI)三种金属化高温电介质膜在直流高电压下的自愈性能,具体分析了层间压强、卷绕张力和温度等外部因素对自愈性能的影响。结果表明,PI由于碳含量高,在实验中很容易击穿短路导致自愈失败,不适合应用到MFC中。PEEK的自愈性能受层间压强和卷绕张力的影响较大,应用到MFC后需重点考虑卷绕张力和卷绕层数。PEN具有较低的碳含量和优异的脂肪族-芳香族交替结构,且在各项研究中均表现出较为优异的自愈性能。从自愈角度来看,PEN适合成为高温强电场MFC用的绝缘电介质材料。     

一种新型驻波直线超声电机的研究

所叙述的一种新型驻波直线超声电机,它利用单相信号激发出动子的一阶弯曲模态,完全不同于一般直线型超声电机利用纵－弯或弯－弯复合模态。文中详细研究了适用于自振荡电路来驱动的该电机的原理、齿的运动轨迹,用有限元分析了该电机动子的工作模态,并在实验上验证了上述理论的正确性。     

电子束曲面直写的Monte Carlo仿真与实验

电子束直写技术具有分辨率高、操作简单等优势,是制备微纳米曲面器件的一种理想工具。光刻胶的吸收能量沉积密度分布直接决定了直写后图形的精度和分辨率,由于曲面直写时吸收能量沉积密度分布非对称,因而现有的平面直写工艺不再适用于曲面直写。本文采用基于立方体计算微元的Monte Carlo方法计算不同直写参数变化下的吸收能量沉积密度分布。仿真结果表明：随着入射能量或入射角度的增加,直写点的椭圆度也在增加;而减小束斑和薄胶层可以提升曲面直写的分辨率。实验结果表明：在其他参数不变下,以入射能量（5、10、15 keV）和入射角度（5°、10°、15°）进行单一变量实验,直写点的长宽比分别为1.458、2.323、2.924和1.014、1.113、1.173。可以看出,入射能量对椭圆度地增加更为明显。实验与仿真有了较好地验证,本文结果为曲面直写工艺参数选择提供理论依据。     

微型阵列束闸电子束偏转特性研究

为了降低微型阵列式束闸边缘场和邻近电场对多束电子束的偏转影响和串扰，本文以3×3阵列束闸为研究对象，利用COMSOL Multiphysics中的静电和带电粒子追踪模块，研究束闸长宽比、隔离接地极和束闸上方增加接地层对电子束偏转的影响。研究表明，在长宽比不变的情况下，边缘场对电子束偏转的影响在总偏转量中的占比与偏转电压无关；而偏转极板的长宽比越大越有利于精确控制电子束的偏转；通过优化隔离接地电极结构与参数，可减小束闸之间的串扰引起的束斑模糊问题。为了减小边缘场和邻近电场对电子束偏转的影响，本研究分析得出，如果束闸上方接地层的作用范围小于100μm,可在一定程度上抑制串扰的影响。同时，分析表明将接地层上圆孔改为方孔后，也在一定程度上减小了不平衡电场带来的影响。