一种基于介电弹性体阵列的能量转换装置

设计了一种基于介电弹性体阵列的风力能量转化装置,装置包括风车、曲轴、介电弹性体薄膜、外壳、轴承、夹具、电刷、高压发生器、电缆等。其中,风车的转轴与曲柄连杆的主轴颈连接,连杆轴颈上安装轴承,轴承外侧180°对向设置固定介电弹性体的夹具;介电弹性体另一侧同样使用夹具固定在外壳内表面,设置多段连杆轴颈,始终处于相同拉伸状态的介电弹性体发电单元并联组成一组发电阵列,提高单次发电量。本装置基于单个介电弹性体组成介电弹性体阵列,在1个周期内依次进行电能的转化。实验结果表明,在材料应变量达230%,充电电压为925 V时,单个周期内的发电量可达到17.06 mJ,为介电弹性体阵列大规模发电的应用提供参考。     

基于介电弹性体的海洋能发电装置的研究进展

介电弹性体是一种新型功能材料,其能量收集作用主要应用在低频、大变形的能量源场合,与海洋能发电十分契合。该文描述了介电弹性体发电的基本原理及其材料特性和发电装置电极材料的研究进展。针对目前介电弹性体海洋能发电装置成本高,种类少,能量转换效率低等问题,该文总结了国内外不同类型的基于介电弹性体的海洋能发电装置及研究方案,对不同类型的发电机特点及适用场合进行了分析。结果表明,浮标式和管状水动力式发电机应用前景广。最后阐述了当前介电弹性体在海洋能应用上亟待解决的问题,并对进一步解决上述问题提出了建议。     

基于介电弹性体的风力发电机理及性能分析

设计并研究分析了一种基于介电弹性体发电机的新型风力发电装置,它可以从风能收集装置叶片中嵌入的介电弹性体膜中获取能量。介绍了该系统的能量采集过程,从理论上建立了风致旋转下该系统的电力学模型,然后推导了该系统在旋转运动下的输出电压和电能增量。通过测量所提出系统的输出电压和电能增量,实验验证了理论分析的可操作性。在此基础上,通过Design Expert中的响应面法分析了该系统在模拟环境下的电能增量,研究了激励参数、外内半径比、输入电压参数对能量采集的影响。结果表明,在较大的激励参数和输入电压下,系统表现出较好的能量收集性能,同时增大外内半径比也可提高系统的能量收集性能。在给定激励参数60 mm、输入电压1 000 V和外内半径比为2时,实验结果表明,单个周期内的发电量可达26.61 mJ。研究结果可为介电弹性体的能量收集和发电机设计提供参考。     

基于新型介电弹性体平行板电容器的研究

为了研究具有传感功能的可变电容器,采用新型介电弹性体材料制成平行板电容器。研究了该电容器充放电前后的外形变化及影响电容大小的因素。结果表明:在高压充放电前后,电容器的极板面积和两电极板间距离都发生了明显的变化;电容随着外加电压的增大而增大;在外加电压为6 000 V的条件下,电容随着材料预拉伸的增大出现一极大值,随后又减小,即在变化过程中存在拐点;另外,电容器的电极材料用石墨粉时要比用导电胶时电容大。     

拉伸模式对介电弹性体发电机性能影响的研究

为探究介电弹性体发电机发电量与其拉伸变形的关系,采用单轴、纯剪切与双轴3种拉伸模式进行介电弹性体发电机发电性能的实验研究。分析了介电弹性体发电机在3种拉伸模式下电压、电容、电极涂覆面积与拉伸率的关系,实验研究了3种拉伸模式下介电弹性体发电机输出电压、实际产生电能、拉力与其变形量的关系及介电弹性体的破裂极限。实验和研究结果表明,双轴拉伸模式下介电弹性体的破裂极限最大,在面积变换率大于4倍时电能出现大幅度提升,可实现介电弹性体的能量密度最大化。     

弯曲型介电型电活性聚合物驱动器的建模研究

介电型电活性聚合物(DEAP)由于其大应变,高效率及高能量密度等优点,在仿生机器人领域具有广泛的应用前景。该文设计制作了一种可实现弯曲变形的DEAP驱动器,根据弹性大变形理论建立驱动器的机电耦合模型,通过微分方程组的迭代求解获得激励电压与输出角度、侧向输出力之间的关系。试验结果表明,在5kV电压下,该驱动器可产生最大75°的弯曲角度,最大侧向输出力达到0.7N。试验结果与理论结果较吻合,验证了驱动器设计与分析的有效性。以该驱动器为驱动单元,构建了一种仿生爬行机器人,初步试验表明了该类型驱动应用于仿生机器人的可行性,可为仿生机器人摆动驱动提供一种新的实现方法。     

基于银纳米线透明电极制备柔性电致变色器件

透光率可调节的电致变色(EC)器件在光电子领域有着巨大的应用潜力。目前绝大多数电致变色器件都是基于氧化铟锡(ITO)透明电极和无机氧化钨(WO3)电致变色材料,机械柔性较差。本文采用多元醇法合成的银纳米线(AgNWs),有机电致变色材料(P3HT)和(PEDOT∶PSS)替代ITO与WO₃制备柔性EC器件,并利用高透光率的ZnO涂层增强AgNWs与柔性基底的粘附性,以及改善AgNWs之间的节点接触从而优化AgNWs网格的相互连接,使得AgNWs柔性透明电极的表面电阻由69.9 Ω/□减小为45.8 Ω/□。另外通过在PVA水溶液中掺入LiBF₄进行冷冻,得到离子导电率为1.53×10^-2 S/cm的凝胶电解质,利用该高导电率的凝胶电解质充当对电极层简化EC器件,使得EC器件整体具有更高的透光率,制备出最大光调制范围为37.8%的PEDOT∶PSS EC器件和最大光调制范围为17.7%的P3HT EC器件。最后利用中国传统毛笔书写和大面积丝网印刷的方式制备个性化图案的PEDOT∶PSS EC器件,具有很好的显示效果。     

介电型EAP驱动的转动关节研究

基于介电型电活性聚合物(EAP)的优点,设计、实现了该材料驱动的转动关节。根据介电型EAP的变形原理设计、制作了圆柱形驱动器,其输出最大位移约为11mm,伸长应变达到33.8%,并对输出力-位移特性进行测试。基于该型驱动器实现了转动关节,转角约为±13°,堵转力矩为19.6mN.m,将转动关节应用于爬行机器人,并对试验结果进行分析。     

芯片上叉指电极介电电泳的模拟与实验研究

分析了影响常规介电电泳过程中粒子所受介电电泳力的因素和发生正、负向介电电泳的条件。经过合理的简化和假设,建立了一个芯片微通道中常规介电电泳的二维数学模型。数值计算结果给出了微通道中的电势和电场强度分布,并根据场强分布预测了粒子发生正向介电电泳时最容易被吸附的位置。利用微加工工艺,在硼硅酸(Pyrex)玻璃表面沉积了叉指型结构的复合金属电极,并用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制作了具有微通道的盖片,两者键合形成芯片。以溶解有聚苯乙烯(polystyrene,PS)粒子的KCl溶液为操作悬浮溶液进行了粒子正向介电电泳实验,实验结果与理论分析具有较好的吻合。     

基于MEMS技术的柔性多触点深部脑刺激电极研制

深部脑刺激可以有效治疗帕金森病、癫痫、抑郁等疾病。深部脑刺激电极是深部脑刺激系统中的重要组成部分,传统的四触点电极由于通道少,触点面积大,分辨率低,容易刺激不必要的区域从而引起副作用。为提高深部脑刺激的分辨率和精度,设计了一种具有24 个触点的深部脑刺激电极,并利用微机电系统制作技术制作出柔性电极。该柔性电极基底材料为生物相容性良好的聚一氯对二甲苯（Parylene C）,导电材料为金。电极触点和焊点均为285 m1 500 m,连接焊点和触点的连接线宽为50 m 。初步电学测试表明,电极具有良好的低阻抗电学性能。使用多触点电极可减小触点尺寸,提高刺激的分辨率,改善脑刺激电极在临床中的治疗效果。     

Towards an ankle-foot orthosis powered by a dielectric elastomer actuator

Foot drop is the inability to dorsiflex the ankle (raise the toes) due to neuromuscular impairment, and this common condition can cause trips and falls. Current treatments for chronic foot drop provide dorsiflexion support, but they either impede ankle push off or are not suitable for all patients. Powered ankle-foot orthosis (AFO) can counteract foot drop without these drawbacks, but they are heavy and bulky and have short battery life. To counteract foot drop without the drawbacks of current treatments or powered AFO, we designed and built an AFO powered by dielectric elastomer actuators (DEAs), a type of artificial muscle technology. This paper presents our design and the results of benchtop testing. We found that the DEA AFO can provide 49 % of the dorsiflexion support necessary to raise the foot. Further, charging the DEAs reduced the effort that would be required for plantarflexion compared to that with passive DEA behavior, and this operation could be powered for 7000 steps or more in actual operation. DEAs are a promising approach for building an AFO that counteracts foot drop without impeding plantarflexion, and they may prove useful for other powered prosthesis and orthosis designs.     

红外隐身技术发展趋势

随着科学技术的不断发展,红外隐身技术在新式武器装备上被广泛应用,是现代武器装备的显著特征。红外传感器诞生并应用于导弹导引,已成为各类武器装备的重大威胁,以红外探测器为例尤为突出。通过对武器装备的威胁分析,阐述了红外隐身性能对各类武器装备的重要性以及红外隐身技术的发展情况;以固定翼飞行器为重点,同时也对直升机、水面舰艇及地面武器坦克装备等加以分析,并分别简述了各类武器装备的红外辐射源、红外辐射强度控制技术措施及发展趋势,通过试验证明了红外隐身技术的研究和应用对于各类武器装备的重要性。     

军用电子装备高密度组装展望

本文介绍了８０年代末期以来先进集成电路封装技术的发展,概括了适用于先进封装的高密度组装工艺技术的最新发展趋势及国内外的应用简况;预测啊２１世纪初叶军用电子装备高密度组装的主要形式,明确指出在现代战争中,无论开口多么先进,其核心依然是电子战,提出了我军电子装备向高密度化、高速化和高可靠性方向发展必须解决的关键技术是及其实现途径。     

红外成像探测技术发展趋势分析

介绍了红外成像探测技术的发展历史和现状,分析了目标、环境和任务等因素对红外成像探测技术发展的影响,阐述了改变获取信息方式、提升获取信息能力、增强资源利用实现红外成像探测系统技术、体制创新的主要途径,分析了基础理论与相关技术的革命对红外成像探测技术发展的推动作用,归纳了基于由低维度探测到高维度探测演进这一红外成像探测技术发展演变的基本规律,并据此推演了其未来发展趋势,并根据红外成像探测新概念、新技术的发展情况,介绍了今后应关注的技术方向,尤其是通过新颖的光学技术和计算成像等新概念的成像机理来满足新的需求。     

高密度挠性基板的市场及技术动向

近二、三年,高密度挠性基板的产量急速上升.其中,HDD浮动磁头的无线化和IC器件的CSP化对此贡献很大.今后,伴随电子设备的轻便化,对挠性基板的需求会进一步增加;预计2002年全世界的市场规模会超过40亿美元,到2003年会超过传统挠性板的产量.在技术方面,将对挠性板提出全新的功能要求.本文将试述挠性板市场主要的技术动向.     

Assessment of multi-layer piezoelectric actuator technology for middle-ear implants

A small multi-layer piezoelectric actuator, which contains a stack of piezoelectric crystals in a thin-layered compact structure, was evaluated for its suitability as a stimulator in middle ear hearing implants. Using laser Doppler vibrometry for non-contact vibration measurement, the actuator was found to have a useful bandwidth spanning the range of audio frequencies. During simulated surgical implantation on human temporal bones, one side of the actuator was cemented to the medial wall of the attic of the middle ear and the other side was cemented to the body of the incus. Stapes displacement from actuator excitation at 3.5V_rms was equivalent to that from acoustic stimulation at 90 dB SPL below 1 kHz, increasing to 120 dB at 8 kHz, which is more than adequate stimulation of the ossicular chain. The total harmonic distortion (THD) was less than 2.5% over the audio frequency range. The corresponding power consumption was 0.7 mW per volt of excitation at 1 kHz, which is low enough for the actuator to be used in a partially implantable hearing implant. The surgical implantation and positioning of this type of actuator are straightforward due to the simple linear motion it provides.     

Consequences of using the bispherical electrode system for dielectric testing

A method is given for predicting the consequences of using a a bispherical electrode system for conduction and breakdown measurements on dielectrics. Use is made of a special function, which may be defined as the exponential of gradient averaged over a bipolar equipotential surface. As an illustration, the method is applied to measurements by House on the liquid dielectric n hexane, and it is shown that, given two points, the entire gap and stress dependence can be predicted.     

柔性基板模块封装技术

针对柔性基板模块封装过程中存在的材料选择、叠层方式以及层间干涉等关键问题,提出了采用热应力分析进行材料筛选,通过3D结构叠层以及夹具隔离支撑措施,实现满足电磁兼容、热传导及振动要求的模块整体封装.这些方法和技术可用在适应性要求高的异形空间.