气体物理性质对近场超声悬浮特性的影响研究

在利用近场超声悬浮技术搬运晶圆的过程中,为提高近场超声悬浮力,该文研究了气体物理性质与近场超声悬浮力之间的关系。利用声辐射压理论与流体力学理论对不同气体介质下的悬浮力进行建模与求解。搭建了可测量不同气体环境中悬浮力的实验平台。实验发现氩气环境下超声悬浮力平均值相对空气环境下提升24.8%。结合实验与理论计算分析了气体密度、比热容比、声速与动力黏度对悬浮力的影响,推断气体的比热容比为影响近场超声悬浮力的主要参数。该方法为晶圆搬运的环境适用性提供了参考价值。     

超急速爆发沸腾的傅立叶与小波分析

采用快速瞬态微型压力测量系统对脉冲激光加热下无水乙醇超急速爆发沸腾过程中液池内压力变化进行了测量,利用傅立叶变换、小波分析等理论工具对该过程的能量与频率特性进行了分析,并对汽泡群行为进行了理论推测.结果发现,爆发沸腾过程中压力信号频率处于MHz量级;在不同阶段气泡群行为具有不同特点.     

超声悬浮过程中圆柱体的旋转运动机理研究

研究了圆柱体在超声悬浮过程中的旋转运动机理.实验发现:悬浮圆柱体的密度和长径比越小,转动惯量越小,其稳态旋转的转速越大;反射端在水平方向的偏移会产生回复力矩,使圆柱体停止旋转,且圆柱体静止时的轴线方向与反射端偏移方向垂直;在圆柱体两端加入适当的外界干扰可以主动抑制其旋转.计算表明,悬浮圆柱体的旋转起源于其质心偏移产生的力矩,而反射端位置的偏移以及发射端的倾斜均会抑制圆柱体的旋转.     

光电反馈式静电悬浮及静电力机制研究

本文介绍了光电反馈式静电悬浮方法 ,给出了静电悬浮力的理论计算公式 ,讨论了静电力与电极电压、电极 -悬浮体间距、悬浮体材料等因素之间的关系。通过实验测定了静电力与上述因素之间的关系曲线 ,获得了理想的结果。理论分析与实验结果均表明 ,实现导体与常规非导体的静电悬浮是完全可行的     

亚临界水中超声激励空化泡动力学分析

考察亚临界水中压力和温度对超声空化泡动力学的影响。应用非线性Rayleigh-Plesset方程模拟空化泡运动过程,并利用Matlab软件编程求数值解,用碘量法测定超声在亚临界水中的声空化产额。结果表明:当亚临界水的压力相似文献   

燃烧蜡烛水中悬浮现象的研究

对燃烧蜡烛在水中悬浮的机理进行了理论与实验探究.通过建立近似垂直井结构模型,从辐射能流的角度对蜡烛的整个燃烧过程进行了理论分析.并且从实验上探究了蜡烛长度、蜡烛半径、以及配重对于蜡烛悬浮过程的影响.最后还对其振动模式进行了分析.     

塑料超声焊接头熔化状态与强度

对塑料超声焊接头熔化状态影响其质量的因素进行了研究．通过对焊接接头熔融体温度、粘度、剪切速率等材料物理参数的测试分析发现,焊接压力和振幅对接头熔化层的尺寸及流动状态影响很大,随焊接振幅和焊接压力的增大,塑料熔融体的温度提高,粘度减小,熔化层的厚度而减小．利用光学显微镜观察了接头的组织形貌,发现接头熔化层组织具有明显的熔体流动方向性,焊接振幅和焊接压力越大,熔体剪切速率越大,接头熔化层内组织取向越明显．接头剪切和弯曲强度的测试结果表明,接头力学性能具有明显的各向异性,为获得合适熔化层厚度和组织取向程度,必须合理选取焊接工艺规范,这样才能取得满意焊接接头质量．     

横向静磁场对电磁悬浮液滴稳定性的影响

在利用电磁悬浮技术实现液滴悬浮的过程中,液滴内部往往存在剧烈对流、外部伴随快速旋转和质心的水平位移等不稳定因素;因此,实现液滴的稳定悬浮是完善电磁悬浮技术的关键.本文采用实验观测的方法,通过U形静磁场组件对液滴所在空间施加横向静磁场,利用高速相机记录了不同磁场强度下纯铜熔融液滴的振荡变形过程;分析了横向静磁场对悬浮铜液滴振荡频率、振幅以及旋转的影响.实验发现:对于熔融前的固态铜颗粒,若静磁场强度超过0.3 T,铜颗粒几乎以静止状态悬浮.熔融后,当施加0.15 T的静磁场,与未加静磁场时相比,液滴俯视图轮廓线拟合出的椭圆分别与x轴和y轴的交点坐标之差R-、椭圆面积A和椭圆长轴长度Dmax的振幅分别减小了25%,76%和60%;随着磁场强度的继续增加,振幅和频率继续减小,但在静磁场强度为0.3 T时,相比静磁场强度为0.2 T,频率增加了1 Hz.横向静磁场还抑制了悬浮铜液滴的旋转,当磁场强度增加到0.53 T时,悬浮液滴只在10?的角度范围内摆动.这些结果表明,施加横向静磁场能够有效提高悬浮液滴的稳定性.     

BCS-BEC渡越过程超流费米气体在线性变化势中的集体激发

基于超流流体力学方程组和标度理论,数值研究了Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)-Bose-Einstein Condensate (BEC)渡越过程中超流费米气体在线性减小谐振子势下的集体激发.详细研究了包括谐振子势频率线性减小的速度,减小到的幅度以及势阱各向异性参数对集体激发的影响.通过频谱分析和数据拟合,分别研究了各向同性势和各向异性势下在最小振幅激发下所对应的模式,且数值计算得到的频率值在整个BCS-BEC渡越过程中与前期的理论结果符合得很好.该工作可以为后面超流费米气体集体激发的实验提供有益的理论参考     

孔隙压力振动法渗透率测试研究

岩石渗透率测试主要采用稳态法和以脉冲衰减法为主的非稳态法。孔隙压力振动法测试渗透率是介于稳态和非稳态之间的一种方法,该方法具有测试范围广的优点.本文开展了不同孔隙压力下的渗透率测试,结果与样品已知的渗透率值进行对比,发现该方法的渗透率测试结果稳定性好,准确性也好。通过不同测试条件下的实验研究,发现对渗透率高的样品应该采用较大的孔隙压力振幅和频率,而对于渗透率较低的样品应该采用较低孔隙压力的频率,从而提高上游室压力和下游室压力之间的振幅比和相位差,提高测试结果的准确性。     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。      

声悬浮对超声减摩的影响

考虑了大气中的声悬浮效应,建立起摩擦付的动力学模型。用该模型计算了声悬浮对超声振动减摩的影响。并用已有的实验装置,分别在真空和大气条件下检测了声悬浮对摩擦付间相对接触时间的影响。理论和实验均证明当摩擦付间的预压力较小时,声悬浮的影响是不可忽视的。     

利用磁力搅拌器探究磁悬浮现象

磁力搅拌器中的搅拌子在具有黏性的流体中随磁力搅拌器转速的改变能实现稳定上升和悬浮.本文利用动力学方程对磁悬浮现象中搅拌子的运动规律进行了理论分析,通过控制变量对影响稳定悬浮的参量进行了实验探究.实验和理论结果一致表明:流体黏度越大,搅拌子悬浮高度越低;随着磁力搅拌器驱动转速增大,搅拌子摆动角速度ω_w加强,转动角速度ω_s减弱,悬浮高度降低;较小的搅拌子更容易稳定在中心,直径小的烧杯容易提供初始的稳定态;当搅拌子初始距底高度z_b固定,驱动转速越大,或当驱动转速固定,搅拌子z_b高度越高,对应的摆动振幅都越小.     

空气耦合电容式微超声换能器设计

建立了空气耦合电容式微超声换能器(CMUT)的理论方法,分析CMUT各个结构参数对其性能参数的影响。根据理论分析结果结合无损检测应用背景设计了一个由16个阵元构成的CMUT阵列,并采用SOI晶圆键合工艺制作。该阵列每个阵元包含16个圆形CMUT敏感单元,敏感单元的半径400μm,中心频率230 kHz。建立CMUT发射和接收瞬态仿真模型分别得到CMUT发射声压和接收灵敏度与激励电压的关系,并通过实验测试验证该仿真模型的准确性。最后通过实验对CMUT与商用压电空耦超声换能器的性能进行对比,实验结果表明CMUT的发射声压和接收灵敏度与商用换能器达到相同数量级,并且能够成功激发和接收铝合金板中A_0模态Lamb波。     

有机单分子修饰的半导体界面瞬态光电特性

利用脉冲激光诱导瞬态表面光电压探测技术研究了半导体表面修饰有机染料LB膜的光致电荷转移的动力学过程.实验发现,半导体表面氧化层的存在对界面电荷转移有很大影响.     

斜槽式单激励纵扭超声变幅杆设计*

为实现在纵向单激励超声振动输入条件下获得纵扭谐振输出,提出一种基于声波传播理论为基础设计阶梯型变幅杆,并在其小端增加沿中心轴均布6斜槽的圆环传振杆的方案：首先数值计算进行理论设计,然后使用有限元进行分析修正,最后确定变幅杆尺寸。结果表明：理论设计谐振频率20kHz,仿真分析在19457Hz时变幅杆能够实现纵扭谐振;根据仿真结果制作变幅杆,阻抗测试结果谐振频率为19884Hz,与理论值、仿真值误差较小;在输入端加载幅值为5μm的纵向单激励超声振动,测试输出端截面圆周上任意一点,其切向和纵向振幅分别为12.7μm和8.5μm,表明变幅杆实现了纵扭谐振且振幅增强。     

超声波声速测量实验的拓展

对传统的声速测量实验内容进行了拓展,利用发射换能器和接收换能器构成的超声谐振腔形成的稳定驻波,演示了声辐射力与物体自身重力平衡时的声悬浮现象;在此基础上,利用泡沫小球的动态声悬浮过程对超声驻波的波长进行了测量,计算得到的声速结果与参考值的百分误差为2.1%。上述实验内容的拓展,让学生对超声波驻波场的产生、分布、力学效应有了更直观的认识和理解,也让学生在传统实验的基础上了解了声悬浮这一技术,不仅增加了学生的实验兴趣,而且扩大了学生的知识面与实验技能。     

重入式谐振腔电磁场建立的瞬态物理过程

 采用理论推导、计算模拟和实验测量3种方法,对重入式谐振腔电磁场稳态建立的瞬态物理过程进行研究,得到的结果相一致。阐明了电磁场建立的瞬态物理过程,结果显示：电磁场稳态建立时间与谐振腔的固有谐振频率成反比,与品质因子成正比;仿真模拟和理论计算偏差小于0.8%,实验测试和理论计算偏差小于2.5%。     

利用声光衍射测量海水中悬浮沙浓度的研究

本文提出了利用声光衍射来测量海水中悬浮沙浓度的方法.依据声光衍射理论和超声在悬浮液中传播特性,推导出声光衍射损耗系数之比与悬浮沙浓度的关系式,并利用He-Ne激光器,对浓度低于1kg/m³的高岭土海水悬浮液进行了实验.     

多端输出等幅振动的纵振动变换体

提出了一种一端输入多端输出等幅振动的纵振动方向变换体。变换体由输入杆、半球形过渡体和输出杆组成,通过半球形过渡体将一个输入杆与多个输出杆耦连为一体,并且多个输出杆呈立体分布,可实现一端纵振动输入多个方向上纵振动均匀输出。利用振动变换体端面的自由边界条件,以及各组件连接处的纵向位移、纵向力、横向位移和转角连续条件,推导了纵振动方向变换体的频率方程。解析计算了不同几何尺寸的纵振动变换体的谐振频率,与有限元法的计算值及实验测试值基本吻合。将纵振方向变换体的输入端与谐振频率为19.8 kHz的换能器相连,利用激光测振仪测试了纵振动变换体各输出端振型及各输出端相对于输入端的振幅放大系数,结果显示纵振动经过方向变换体成功地传输到了变换体的各输出杆的端面,且各输出端的振幅基本相等。