微电子机械系统中的若干固体力学问题

简述了微电子机械系统若干固体力学问题研究的现状，包括：微构件材料的基本力学性能；微构件的力学分析与计算；微系统的失效分析研究；微系统的驱动等，并阐述了微系统力学问题中涉及的表面效应和尺度效应，提出了微系统多类型力作用，多种因素交叉，多学科耦合，非线性突出的特点和研究方向。     

Nb2O5·nH2O-PtRu/C的制备及其对甲醇氧化的催化作用

采用沉淀法制备了甲醇氧化电催化剂10%Nb2O5 nH2O-20%Pt10%Ru/C,并在Ar气氛下对它进行了热处理.用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子谱(XPS)研究了热处理对催化剂的结构和形貌的影响,用循环伏安法和计时电流法研究了热处理对催化剂的电化学性能的影响.结果表明:催化剂中看不到Ru的衍射峰存在,Pt晶粒以面心立方体结构存在,Nb2O5 nH2O对Pt的结合能基本无影响;与20%Pt10%Ru/C相比,同温度热处理的条件下,10%Nb2O5 nH2O-20%Pt10%Ru/C催化剂中Pt,Ru合金化程度较差,活性组分颗粒较小、分散均匀,而且催化甲醇氧化性能和抗"CO"毒化性能较好,700℃热处理的10%Nb2O5 nH2O-20%Pt10%Ru/C的性能最好.Nb2O5 nH2O不仅能抑制热处理过程中活性颗粒的长大和Pt,Ru的合金化,还能促进氢离子的传递,提供活性"-OH",使甲醇及其氧化中间体更容易吸附-脱附.     

Effect of micro-dimple patterns on capillary pull-off force and friction force of silicon surface

A microtribometer is used to measure and compare pull-off forces and friction forces exerted on(a) micro-dimpled silicon surfaces,(b) bare silicon surfaces,and(c) octadecyltrichlorosilane(OTS) treated silicon surfaces at different relative humidity(RH) levels separately.It is found that above a critical RH level,the capillary pull-off force increases abruptly and that the micro-dimple textured surface has a lower critical RH value as well as a higher pull-off force value than the other two surfaces.A micro topography parameter,namely sidewall area ratio,is found to play a major role in controlling the capillary pull-off force.Furthermore,micro-dimpled silicon surface is also proved to be not sensitive to variation in RH level,and can realize a stable and decreased friction coefficient compared with un-textured silicon surfaces.The reservoir-like function of micro dimples is considered to weaken or avoid the breakage effect of liquid bridges at different RH levels,thereby maintaining a stable frictional behaviour.     

液晶在电场和剪切耦合作用下的流变学行为

本文通过理论和实验对液晶 5CB在剪切和电场耦合作用下流变行为进行了研究. 采用液晶连续理论, 建立了包括界面锚定能, 弹性自由能, 介电自由能和流动能在内的系统 Gibbs自由能公式, 通过最小化系统自由能的方法求解液晶在剪切和电场耦合作用下的取向分布及其黏度变化, 从分子基础模型上揭示了液晶在耦合作用下的流变行为、微观机理及其影响规律, 并通过流变测试对此进行验证. 对比分析了理论和试验结果的误差和原因, 发现界面锚定效应对于液晶分子的取向和黏度具有重要影响. 理论和试验结果均表明, 液晶在电场作用下具有明显的电黏效应, 表现出非牛顿流变行为, 其黏度值由剪切和电场的竞争和耦合作用共同决定. 在外电场作用下液晶的黏度可以增加到初始值的 4倍左右, 液晶这种其自身黏度可随着外场 (例如运动速度) 改变的特性在一定的条件下可以自适应地满足不同工况对黏度的要求, 这对实现智能摩擦润滑具有重要的意义. 关键词： 液晶 流变行为 电黏效应 耦合作用     

微纳米摩擦的弹性棘轮模型与形貌的尺度效应

建立了弹性棘轮模型并用于研究微观形貌参数对摩擦性能的影响,通过研磨和抛光的方法在硅材料表面进行形貌修饰,并采用原子力显微镜和自制微摩擦测试仪分别在纳米和微米尺度下进行摩擦力测量试验.结果表明：硅表面经过形貌修饰后,摩擦力不仅与粗糙峰的斜率有关,而且与接触副的等效曲率半径相关;在纳米尺度下,粗糙峰斜率对摩擦力的影响较大;在微米尺度下,等效曲率半径对摩擦力的影响较大;棘轮模型只适用于斜率影响为主导因素的情况,而弹性棘轮模型由于综合考虑了形貌斜率和等效曲率半径的影响,能够更好地描述不同尺度接触副的摩擦规律.     

原子力显微镜探针耦合变形下的微观扫描力研究

原子力显微镜(AFM)的微探针系统是典型的微机械构件，它在接触扫描过程处于耦合变形状态.采用数值模拟方法探究恒力模式下探针耦合变形对微观扫描力信号、微观形貌信号的影响.研究表明，AFM的恒力模式扫描中，法向扫描力并不是恒定大小，与轴向扫描力存在耦合作用，在粗糙峰峰值增加阶段，二力均增加；在粗糙峰峰值减小阶段，二力均减小；该耦合作用随形貌坡度、针尖长度等增加而加强.微观形貌的测试信号和横向扫描侧向力信号受探针耦合变形影响较小，但侧向力与形貌斜率密切相关，且其极值点与形貌极值点存在位置偏差，这些结果均与原子力 关键词： 原子力显微镜 探针悬臂梁 耦合变形 扫描力     

内燃机摩擦学综合设计决策研究

以内燃机低摩擦功耗设计为目的，以满足各项摩擦学性能指标为约束，提出并建立了基于基因模型的混合进化设计方法，构建了适合领域特点的专家修正算子和屏蔽算子，并进一步拓展出分层基因模型及相应的协同进化算法，建立了参数协调机制．结果表明，利用该模型和方法可在设计空间中获得优选方案的种群，从而为设计决策提供依据，相关研究结果在内燃机活塞子系统以及内燃机整体设计的设计决策中得到了成功应用．     

微纳间隙受限液体的界面黏着机理研究

利用球-盘接触黏着试验仪对微量受限液体的界面黏着行为的研究发现：临界体积范围内（皮升到纳升）的受限液滴达到临界厚度后将出现自动铺展和瞬时收缩行为（分别对应球-盘趋进和分离过程）,并同时提供一定幅值的法向黏着力及伴随出现力的突变;该界面黏着力与液滴体积、球的直径等相关,并很好地揭示了昆虫或树蛙爪垫与光滑表面间的湿黏着行为.在进一步试验的基础上,利用球—面接触模型的毛细黏着力公式对所观察到的试验现象进行了机理揭示,认为临界体积受限液滴出现的自动铺展和瞬时收缩行为与接触副的刚度相关,最大法向黏着力随液体体积的减小而减小,与接触副之间受限液体的中心区厚度有关.结合生物黏着爪垫进行了受限液体界面黏着控制机理的分析,可以指导仿生黏着爪垫的设计与控制. 关键词： 生物黏着爪垫 毛细黏着力 受限液体     

微矩形凹槽表面液滴各向异性浸润行为的研究

受自然界启发,仿生微结构被广泛用于调控固-液界面的性质.研究显示,液滴在微结构表面的各向异性浸润行为可用于实现微流动方向和速度的控制,且其各向异性浸润与微结构的尺寸和分布等密切相关.本文研究了微矩形凹槽尺寸对液滴各向异性浸润行为的影响规律.结果显示,液滴沿平行沟槽的方向具有较小的运动阻力、易铺展,因此具有较小接触角;而垂直于沟槽方向,由于沟槽的阻隔作用具有较大运动阻力,因而具有较大接触角,并且在垂直方向液滴的浸润过程是三相线一系列钉扎和跳跃行为.在微矩形凹槽表面,液滴沿平行方向接触角θ//与肋板宽度R和凹槽宽度G密切相关,其值与表面固体面积比成反比;而垂直于沟槽方向的接触角θ⊥随肋板宽度R和凹槽宽度G变化基本保持不变.同时各向异性液滴的变形比L/W、特征方向接触角比值θ⊥/θ//与表面固体面积比成正比.研究结果有助于加深理解微结构表面浸润行为的机制,并为微矩形凹槽在微流动控制方向的应用提供技术支持.     

电化学法制备硅纳米线

Silicon nanowires were synthesized from nanometer silicon dioxide powder under potentiostatic electrolysis at -1.20 V (vs Pt reference) for 4 h in molten CaCl₂ at 900 ℃. The morphology, structure and chemical composition of the samples prepared by electroreduction method were characterized by field-emission scanning electron microscopy(FE-SEM), High-resolution transmission electron microscopy(HRTEM) coupled with electron energy dispersive spectroscopy(EDS), laser Raman and X-ray diffraction(XRD). The results revealed that silicon nanowires were crystalline with a diamond cubic structure, the diameter was distributed from 50 nm to 80 nm and the length was generally several micrometers. The formed nanowires basically consisted of silicon monocrystalline and amorphous oxide sheath.