白光散斑相关法多尺度分析Portevin-Le Chatelier剪切带变形

在适当的温度、应变率或预变形下,合金材料的拉伸试验中,将会出现伴随雪崩式剪切变形带的锯齿形塑性失稳、即PLC(Portevin-Le Chatelier)效应。本文利用图像相关求位移场的方法,对恒定加载应变率下(10-4/s),拉伸铝合金(A2017)试件时出现的PLC效应从宏观剪切带变形到微观晶粒变形等多尺度进行了观察和定量化的分析。通过对PLC效应发生时采集的试件表面的白光散斑图进行相关运算,得到试件表面剪切变形区域各点的精细位移,并在此基础上计算出剪切带区域的应变分布及剪切带的宽度。实验结果显示,当PLC效应发生时,剪切带区域的应变曲线呈台阶型,带的前后边缘应变梯度较大,中间近似呈平台状,带外区域应变值接近零,塑性拉伸变形主要集中在带内。     

Al-Cu多晶合金中锯齿形屈服现象的时序统计研究

合金中溶质原子和可动位错之间的交互作用引起材料的固溶硬化,这一交互作用在合适的应变率和温度条件下可重复发生,称为动态应变时效(DSA),从而导致锯齿形的应力屈服,同时伴随着变形带的产生,被称为Portevin-Le Chartelier(PLC)效应。本文对Al-Cu多晶合金锯齿形屈服现象中应力跌幅、跌落时间等多个特征物理量时序演化规律进行了系统的研究。结果显示,跌落时间对应变不敏感;1mm和2mm厚度试件的应力跌幅和再加载时间都近似随应变线性增加,3mm厚试件的统计结果则显示出一个明显的转变点。最后本文结合动态应变时效原理和晶体位错学,分析了实验条件(应变率和试件尺寸)对各特征物理量的影响。     

铝合金板材塑性性能的研究

铝合金在汽车工业中的广泛应用对于降低汽车重量、减少燃油消耗和汽车尾气的排放量具有十分重要的意义，但其室温塑性成形性能却受到了锯齿形屈服行为的影响，从而制约了铝合金进一步的推广应用。本文基于合金材料塑性变形过程中位错和溶质原子间相互作用的分析，建立了一个可用于描述锯齿形屈服现象的唯象本构模型。该模型将溶质原子对位错运动的钉扎效应和位错挣脱后的脱钉效应置于一个统一的框架内进行考虑，而这两个效应的相互竞争将决定材料宏观变形行为的发展演化。基于该模型的数值模拟结果和实验测试结果取得了良好的一致性，从而验证了理论和模型的有效性。     

光学读出红外成像中面光源影响下的光学检测灵敏度研究

在光学读出红外成像的理论分析中, 通常将具有一定实际尺寸的非相干面光源简化为理想点光源, 导致了分析误差. 本文建立了面光源模型, 通过夫琅禾费衍射理论, 研究了面光源影响下的光学检测灵敏度, 发现了光学检测灵敏度随光源半径和焦平面阵列反光板长度的变化关系, 提出了面光源影响下的光源尺寸和反光板长度的优化设计准则. 针对理论分析, 进行了实验验证, 测试结果与理论分析一致. 关键词： 面光源 光学读出 焦平面阵列 非制冷红外成像     

基于光波导微环谐振器的lgG非标记检测微流体分析系统

设计开发了与微环谐振器集成的微流体通道系统,不仅避免了敞开环境中由于液体挥发造成的微环谐振器表面盐分的聚结,屏蔽空气中的各种杂质,而且只需要30 μL反应溶液,减少了药品用量,大大节约了实验成本.同时,采用绝缘体硅(SOI)材料,利用光刻技术设计和制作了波导宽度为450 nm,半径为5 μm,品质因子(Q值)为20000的光波导微环谐振器.集成的微环谐振器传感系统具有低成本、免标记、能实时监测生化反应过程等特点.以不同浓度的酒精溶液为测试对象,研究了微环谐振器对均质溶液的传感性能,传感芯片对溶液折射率的探测灵敏度为76.09 nm/RIU,探测极限为5.25×10Symbolm@@_4 RIU,验证了此微环谐振器对均质溶液进行浓度检测的可行性.利用此传感系统对人免疫球蛋白IgG进行了非标记免疫检测.在测试中,采用微流体通道系统将相应抗体修饰到微环谐振器表面,利用光谱仪对修饰过程以及抗原抗体特异性结合过程中的共振谱线漂移情况进行了监测.结果表明,光波导微环谐振器可以对生物分子进行实时监测.     

光纤分导微梁阵列生化传感装置研制及检测应用

研制了一套基于光杠杆原理的微悬臂梁阵列传感器平台,并通过使用设计制作的微悬臂梁阵列芯片展示其在生物化学方面的检测应用.传感器平台使用光导纤维束分别与激光器耦合作为悬臂梁阵列的扫描光源,具有良好的检测稳定性,检测信号噪声水平约为2 nm;设计制作的微悬臂梁阵列芯片具有良好的平直度,温度响应均匀一致,各梁温度改变响应灵敏度偏差不超过5.0％.将整套传感系统被用于检测水溶液中的Hg2+,检测浓度范围为1 ～ 200 ng/mL;同一浓度下微悬臂梁阵列检测结果曲线一致性良好,平均偏差小于15％.在研制仪器平台上,分别实现了自制和国外商品化芯片对1.0和0.2 ng/mL样品的检测,结果表明,制作的微悬臂梁阵列芯片的检测灵敏度相对较低,需进一步改进悬臂梁阵列制作工艺.     

双材料微梁阵列室温物体红外成像

针对近年出现的新概念光学读出双材料微梁阵列红外成像技术，提出了具有热变形放大效果的无硅基底回折腿间隔镀金的微梁单元结构,并建立了其热机械模型，在模型分析基础上，成功的设计制作了100×100像素的焦平面阵列(focal plane array,FPA).在构建的红外成像系统中，实现了对室温物体——人体的热成像，噪声等效温度差约为200mK.实验结果与热机械模型的分析一致. 关键词： 非制冷红外成像 光学读出 双材料微梁阵列     

Al-4.5wt%Cu合金中溶质原子及析出相对锯齿形屈服时空特性的影响

借助不同温度下的固溶处理，得到一系列具有不同溶质原子浓度及析出相含量的Al-4.5wt%Cu合金材料试件.比较这些试件在拉伸实验中的锯齿形屈服现象的时空特性，分析溶质原子与析出相对位错运动的影响，从而探究动态应变时效产生的微观机理.实验结果显示，当固溶处理温度由500℃逐步降低，应力-时间曲线上的应力锯齿跌落幅值逐渐减小，并在300℃时达到最小.继续降低固溶处理温度至100℃，应力锯齿跌落幅值又逐渐增大.同时，热处理方式的改变对剪切带的传播特性也有显著影响.实验发现，固溶处理温度高于300℃时，溶质原子对DSA的影响强于析出相；反之，固溶处理温度低于300℃时，析出相对DSA的影响强于溶质原子；室温下析出相是影响Al-4.5wt%Cu合金DSA机理的主要因素. 关键词： 铝铜合金 锯齿形屈服 动态应变时效 固溶处理     

紫杉醇微悬臂梁免疫传感器方法的研究

以巯基化的紫杉醇单抗修饰微梁镀金表面,制备了高灵敏的紫杉醇微悬臂梁免疫传感器.利用酶联免疫吸附测定方法对巯基化前后紫杉醇单抗的活性变化,以及巯基化单抗在微梁上的修饰进行检测与验证.采用紫杉醇微悬臂梁免疫传感器对不同浓度的紫杉醇溶液进行检测.结果表明:虽然巯基化后紫杉醇单抗的活性降低了18.6%,但巯基化紫杉醇单抗可以修...     

基于MEMS和光学读出的非制冷红外成像技术

由于军事和商业应用的巨大潜力,红外成像技术至今仍是研究热点之一。针对本课题组提出的基于MEMS和光学读出的新型非制冷红外成像技术,本文一方面通过有限元仿真分析,详细讨论了新型无基底双材料微梁阵列FPA的热转换效率和热变形效率,另一方面通过光学理论分析,详细讨论了光学读出系统在极限操作下的光学测量灵敏度。理论和仿真分析显示,课题组提出的非制冷红外成像技术的NETD的理论极限与当前制冷型红外成像技术的典型指标相当,约为4mK。同时,本文对设计制作的FPA,在构建的系统上进行了红外实时成像实验和理论仿真分析,显示其系统级NETD已达到110mK。