Tabor数、粘着数与微尺度粘着弹性接触理论

微电子机械系统（ＭＥＭＳ）等领域的飞速发展,促使我们迈进了一个表面效应在许多现象 中占主导地位的研究领域．本文重点介绍在ＭＥＭＳ中经常遇到的微尺度粘着弹性接触的相关理论． 通过对两个无量纲数——Ｔａｂｏｒ数μ（以及其相应形式）和粘着数θ的分析,以及考虑它们对于粘 着力的影响,指出了粘着弹性接触理论中所隐含的尺度效应,随着特征尺度的减小,粘着弹性接触中 的表面效应愈加明显．     

光学读出室温物体红外成像

光学读出式红外成像系统是近年来提出的一种新型红外成像技术,它是基于探测双材料微悬臂梁吸收红外辐射后的变形。本文采用了谱平面刀口滤波方法,将双材料(SiNx/Au)微梁阵列接收热像后的转角变形转化为像平面上微梁阵列的像所对应的光强变化,并设计制作了无基底单层膜结构微梁阵列(100×100pixels,微梁尺寸200×200μm2,厚2μm)。用该阵列在光学读出系统中,获得了室温下人体的热图像。该系统在室温时(300K)噪声等效温度差(NETD)达到0.2K。     

链长对离子液体纳米薄膜微/纳摩擦学性能的影响

采用浸渍－提拉法在单晶硅片表面成功制备了纳米厚度的具有不同烷基链长的离子液体超薄膜,系统考察了烷基链长对离子液体超薄膜微/纳摩擦学性能的影响。用Mettler热重分析仪测定了离子液体在氮气气氛条件下的热稳定性,采用多功能Ｘ射线光电子能谱分析了离子液体超薄膜表面的化学组分,并用接触角仪测定了其亲／疏水性质,薄膜的表面形貌、粘着和纳米摩擦学性质采用原子力显微镜进行了测定,采用微摩擦试验机评价了薄膜的微摩擦学性质。结果表明：离子液体的侧链烷基链长对其作为超薄膜的纳米摩擦学和粘着性质有重要的影响,随着烷基链长的增加,粘着力和纳米摩擦力大幅度降低,但对其微摩擦性能影响不大。同时根据试验结果提出了离子液体超薄膜减摩抗磨机理。     

一种新型微梁阵列传感器设计及实现

微悬臂梁传感技术是微纳传感技术研究的热点,仪器装置的研究也从单悬臂梁向微梁阵列的方向发展.本文针对间距为250μm的商品化微梁阵列,提出了一种实现对其弯曲变形的读出系统光路.利用高精度位移平台调节激光器空间位置,使光束实现微距离上平行,并分别照射在阵列梁的相邻微梁上.用位置敏感探测器对两个微悬臂梁尖端反射的激光信号进行...     

硅微振梁式加速度计抗温漂的微结构及工艺设计

针对硅微振梁式加速度计输出频率随环境温度漂移的问题,提出了抗温漂的硅微结构设计方法及相关工艺,降低了环境温度对输出的影响,在室温条件即可达到一定精度。通过建立"硅-玻璃"和"玻璃-陶瓷"耦合模型,分析了造成硅微振梁式加速度计温度漂移的原因。然后提出了"抗温漂耦合设计"的微结构和"半粘结封装"的封装工艺,降低了耦合模型中的理论温漂。利用加工出的原理样机进行实验,结果显示,采用抗温漂结构设计及封装工艺的原理样机,输出频率的温漂系数为-3.5×10-6/℃,室温下零偏稳定性为72.0μg。实验验证了抗温漂理论的可行性,可以满足室温下高精度硅微振梁式加速度计的设计要求。     

基于光学读出的微悬臂梁温度传感器研制

为实现对环境温度的高分辨率、快速、准确测量,设计制作了一种基于光学读出的微悬臂梁温度传感器.由于组成微悬臂梁的两种材料——金和氮化硅热膨胀系数的差异,在温度变化时,梁内部会产生热应力导致其弯曲变形.不同温度下梁的弯曲变形量不同,利用光杠杆方法检测出此变形,经标定后就能实现环境温度的准确测量.实验中设定系统光臂长度为25mm,采用商业化三角形微悬臂梁(长200μm、宽40μm、氮化硅层厚0,6μm,金层厚60nm)对传感器进行了测试,实验结果显示其测量重复性好,温度分辨率达到0.02℃.对于特定尺寸的微悬臂梁,通过优化其双材料厚度比,温度分辨率可达10-4℃,可用于环境温度的精密测量.     

光学读出非制冷红外成像的最新进展

针对以前红外成像中红外图像的噪声等效温度差（NETD）较大和空间分辨率不高的问题，本文在制作工艺改善的基础上，设计了一个单元尺寸分别是50μm×50μm和60μm×60μm的红外焦平面阵列（FPA），它是由0．5μm厚的SiNX和0．2μm厚的Au构成的双材料微悬臂梁阵列构成。微梁单元倾斜角的变化利用在谱平面刀口滤波的光学方法测量。FPA是利用基于体硅的表面微加工工艺制作的，利用制作的FPA的60μm×60μm单元区域和12bit CCD，得到了室温物体的热像。讨论了60μm×60μm单元区域的性能，给出了NETD在100mK左右。和以前的工作相比，红外图像的温度分辨率和空间分辨率都得到了明显改善。     

金属无润滑磨损过程的原位观察与研究

作者借助于新研制的可以直接观察磨损动态过程的试验装置和扫描电镜原位观察了无润滑条件下金属滑动表面的磨损特征与变化,发现摩擦表面可以划分为真实接触区和过渡磨损区,两者的磨损机理不同,真实接触区发生的是粘着磨损,而且磨粒沿摩擦力方向有明显增大的趋势;随着真实接触区的磨损,过渡磨损区可以逐渐转变为真实接触区,而且由于磨粒增多,非磨损区也可以逐渐转变为过渡磨损区。对磨损过程中摩擦力变化的测试结果表明,当磨损表面发生粘着时的粘着力与Bowden和Tabor粘着理论计算值十分接近。     

粗糙度对4种聚氨酯弹性体粘着性能的影响

采用生物摩擦磨损试验台测定了4种聚氨酯的弹性模量，研究了表面粗糙度和法向力对粘着力的影响．结果表明：4种聚氨酯的弹性模量在55～1206kPa之间，粘着力由高到低的排序同其弹性模量排序相反，弹性模量较低的试样的饱和粘着力达到15kPa，且表面粗糙度对粘着力的影响不明显；弹性模量较大的试样的粘着力仅为1．5kPa，随弹性模量增加，表面粗糙度的影响增大；试样之间的接触形式同粘着力密切关系，相当于单个凸峰接触的蓝宝石球对聚氨酯试样的粘着力不受法向力的影响，而在平面接触情况下粘着力先随法向力增加而增大，当法向力超过一定(10～15kPa)值后，粘着力增加趋缓并达到饱和值．     

基于修正偶应力和高阶剪切变形理论的变截面微梁的自由振动

基于修正偶应力和高阶剪切理论建立了仅含有一个尺度参数的Reddy变截面微梁的自由振动模型,研究了变截面微梁自由振动问题的尺度效应和横向剪切变形对自振频率计算的影响。基于哈密顿原理推导了动力学方程与边界条件,并采用微分求积法求解了各种边界条件下的自振频率。算例结果表明,基于偶应力理论预测的变截面微梁的自振频率均大于经典梁理论的预测结果,即捕捉到了尺度效应。另外,梁的几何尺寸与尺度参数越接近,尺度效应就越明显,而梁的长细比越小,横向剪切变形对自振频率的影响就越明显。