微系统中转矩及电渗流作用下的微粒子电动旋转操控

微粒子的电动旋转操控是表征分散系中微粒子介电特性的有效方法.低雷诺数微系统中,以Maxwell-Wagner极化理论为基础,进行了转矩作用下的微粒子电动旋转机理研究,推导了此机理作用下微粒子电动旋转峰值速度所对应的特征频率,分析了弛豫时间对粒子旋转方向的影响,对转矩作用下的微粒子电动旋转速度进行仿真;以双电层理论为基础,对电渗流导致的微粒子电动旋转机理进行定性分析,提出具有金修饰的粒子表面更适合电渗流作用下的电动旋转研究.分别以羧基修饰的聚苯乙烯微球以及表面被金修饰的聚苯乙烯微球为操控对象,进行电动旋转实 关键词： 微系统 电动旋转 转矩 电渗流     

直流磁场控制电磁悬浮熔炼旋转稳定性的理论分析

在没有直流磁场和存在直流磁场两种情况下,对悬浮于高频磁场的导电球在旋转扰动情况下的稳定性进行了理论分析.悬浮感应器电流的无量纲角频率为ω-.在不存在直流稳定磁场的固态球悬浮情况下,存在一个临界无量纲角频率ω-c.当ω-<ω-c,球形悬浮试样对于旋转干扰是稳定的;当ω->ω-c,球形悬浮试样对于旋转干扰是不稳定的.在直流稳定磁场的固态球悬浮情况下,存在一个无量纲角频率下限ω-c,1和上限ω-c,2.当ω-<ω-c,1或者ω->ω-c,2,球形悬浮试样对于旋转干扰是稳定的;当ω-c,1<ω-<ω-c,2,球形 关键词： 电磁悬浮 熔炼 旋转干扰 旋转稳定性 无量纲角频率 直流磁场     

二次曲面线圈中的均匀磁场

基于对旋转椭球内部磁场的讨论,采用Matlab数值计算的方法计算了旋转椭球的内部磁场.对于旋转抛物球和双曲球面,用相同方法绕制线圈也能得到均匀的磁场.印证了内部磁场计算的公式,并提出了一种产生大范围均匀磁场的方法.     

长椭圆旋转介质球中的半波振子天线

本文从麦克斯韦方程出发,求出有损耗的长椭圆旋转介质球中一个同焦点的小的长椭圆旋转形半波振子发射天线上的电流分布和其输入阻抗,以及它在有损耗的介质球中和外部自由空间中所产生的场。     

球体飞行轨迹异常的探讨

现代的足球运动正朝着全面、快速的方向发展.各国球队都视定位球为一重要的得分手段.在各种定位球中,弧线轨迹的香蕉球更具威力.香蕉球的飞行轨迹呈香蕉形,它是由于脚外侧、内侧和正面与球不同的接触,使球在飞行时产生了不同方向的旋转而形成的.踢得好的香蕉球应是速度快,旋转性强,罚球时能绕过人墙,并以刁钻的角度送球入网.在第十二届世界杯足球赛中,法国队在同奥地利队的比赛中,一个队员踢出的香蕉球绕过了人墙,从球门的远角破网(图1),奠定了法国队的胜利.香蕉球的威力由此可窥一斑. 球体在空气中飞行,受到重力的作用,在竖直面内作抛物线…     

考虑空气阻力的足球弧线球运动轨迹

当球体在空气中旋转运动时,马格努斯效应对球的运动轨迹有很大影响.从动力学方程出发,考虑空气对质心运动的阻力作用,研究了足球弧线运动的动力学方程,得到了方程的解析解,即弧线球的运动学方程.     

基于Bloch球面搜索的量子粒子群优化算法

通过分析量子势阱粒子群优化算法的设计过程,提出一种基于Bloch球面搜索的量子粒子群优化算法.首先用基于Bloch球面描述的量子位描述粒子,用泡利矩阵建立旋转轴,用Delta势阱模型计算旋转角度,用量子位在Bloch球面上的绕轴旋转实现搜索.然后用Hadamard门实现粒子变异,以避免早熟收敛.这种旋转可使当前量子位沿着Bloch球面上的大圆逼近目标量子位,从而可加速优化进程.仿真结果表明,该算法的优化能力优于原算法.     

在旋转台上滚动的球与带电质点动力学的类比

在旋转的平台上作无滑动滚动的球需要形式为Aωd×v的摩擦力,这里A是已知常数,ωd是平台的角速度,v是质点相对于惯性空间的速度.因为这个力与带电质点在磁场中运动受力的形式相同,所以球仅在封闭的圆形轨道上运动.球体滚动与带电质点运动的其它相似点是不难说明的:例如,沿盘的平面的任意外力都会引起垂直于力的漂移速度,而在盘的旋转速率发生改变时可以确定绝热不变量等. 在二十世纪四十年代中期,当A.Ein-stein正在为建立统一场论而不懈地工作时,有人曾向他提出过滚球在旋转台上运动的问题,他回答说任何这类运动仅在球与转台有摩擦力时才…     

用微元法讨论旋转均匀带电球的磁矩

以旋转均匀带电球为例,利用微元分析法讨论磁矩的计算,从而凸显微元选择的重要性和灵活性.     

在水平旋转的圆台上滚动的球与带电粒子在电磁场中的运动

本文研究在水平旋转的国台上滚动的球的动力学问题．推出在圆台匀速旋转和匀加速旋转两种情况下球相对于惯性空间的速度公式、角速度公式及摩擦力公式．当圆台匀速旋转时，球将做匀速圆周运动，甚至在原地自旋．当圆台做匀加速旋转时，球的轨道一般不是圆，只有在特定的初始条件下，球才可能继续绕圆台中心轴作匀加速圆周运动．球运动的这些动力学现象与带电粒子在圆形电磁场中的运动，二者之间存在着十分有趣的──对应关系．利用这些对应关系，使我们有可能用类比的方法，去想象并理解那些不易接受的概念．     

高尔夫球射程问题的讨论

讨论了表面粗糙与表面光滑的高尔夫球的射程问题。     

由应力张量计算磁作用力

通过用麦克斯韦应力张量计算旋转带电球面电流间的磁作用力的例子,表明在可以求出总场的情况下,用麦克斯韦应力张量来计算电磁作用力不失为一个较好的方法.     

Observation of multicellular spinning behavior of Proteus mirabilis by atomic force microscopy and multifunctional microscopy

This study aimed to observe the multicellular spinning behavior of Proteus mirabilis by atomic force microscopy (AFM) and multifunctional microscopy in order to understand the mechanism underlying this spinning movement and its biological significance. Multifunctional microscopy with charge-coupled device (CCD) and real-time AFM showed changes in cell structure and shape of P. mirabilis during multicellular spinning movement. Specifically, the morphological characteristics of P. mirabilis, multicellular spinning dynamics, and unique movement were observed. Our findings indicate that the multicellular spinning behavior of P. mirabilis may be used to collect nutrients, perform colonization, and squeeze out competitors. The movement characteristics of P. mirabilis are vital to the organism's biological adaptability to the surrounding environment.     

Lateral force microscopy in low normal force limit

We have studied frictional force between SiN tip and Si surface by using lateral force microscopy. The cantilever we have used has very low stiffness of 0.006 N/m, and the normal force acting on the surface was much lower than the attractive force such as van der Waals force. In this low normal force limit, it was found that the frictional force did not depend on the normal force. We suggest a calibration method to estimate the attractive force from the lateral force data in this limit. The estimated attractive force between Si sample and SiN tip with radius of 10 nm was 0.4 nN in flat region and 0.65 nN at the corner of a rectangular hole.     

自制向心力表达式验证仪

对"圆锥摆粗略验证向心力表达式"实验进行改进,采用减速电动机通过轻杆带动大钢球做匀速圆周运动,形成圆锥摆.改进后的装置运行稳定,操作简单.     

匀速圆周运动的小球向心力突变后的轨迹

详细讨论了当向心力突然增大后,原来作匀速圆周运动的小球其运动轨迹的变化情况,证明了小球将作螺线运动.     

Possibility of measuring exchange force through force microscopy

This article describes the possibility of measuring exchange force through atomic force microscopy (AFM), based on the results of first-principles calculations for the exchange force between two magnetic Fe(001) films. We observed strong variation of the exchange force relative to the surface site. The magnitude of the force variation was larger than the force sensitivity of conventional AFM. These results suggest that a surface magnetic image with atomic resolution can be achieved by measuring the exchange force.     

Kelvin probe force microscopy and its application

Kelvin probe force microscopy (KPFM) is a tool that enables nanometer-scale imaging of the surface potential on a broad range of materials. KPFM measurements require an understanding of both the details of the instruments and the physics of the measurements to obtain optimal results. The first part of this review will introduce the principles of KPFM and compare KPFM to other surface work function and potential measurement tools, including the Kelvin probe (KP), photoemission spectroscopy (PES), and scanning electron microscopy (SEM) with an electron beam induced current (EBIC) measurement system. The concept of local contact potential difference (LCPD), important for understanding atomic resolution KPFM, is discussed. The second part of this review explores three applications of KPFM: metallic nanostructures, semiconductor materials, and electrical devices.     

一种超导重力仪磁悬浮力的等效计算

为实现超导重力仪磁悬浮力的精确计算,以GWR型超导重力仪为模型基础,采用有限元的思想,将超导球表面电流理想化为多个等高共轴电流环,计算出各个电流环与超导线圈的作用力,求和得到线圈与超导球间的磁悬浮力。利用MATLAB完成计算程序实现,通过改变下线圈电流和上、下线圈电流比,获得满足一定条件的磁悬浮力及其梯度。选取合适的模型参数,计算出线圈对质量为m=4.069 g超导球的磁悬浮力大小为:Ftotal=3.988×10^-2N,磁悬浮力梯度为:-9.699×10^-3N/m,此时悬浮力梯度合适,满足系统稳定性和灵敏度的要求。     

Casimir力、Hamaker力及黏附“突跳”研究

针对微观黏附中出现的"突跳"问题,建立了正弦分布粗糙面黏附模型;基于Casimir效应推导出Casimir力表达式;基于Wigner-Seitz微观理论,推导出包含斥力项的Hamaker力表达式;经过对黏附过程数值仿真,发现存在两个"突跳"过程,曲线存在两个拐点,而非目前研究所得的单个"突跳"过程;仿真结果同相关实验对比,结果符合较好.从而为微纳器件检测和原子分子操纵等提供理论基础.