基于单晶硅材料的微摩擦测试机构及其试验研究

设计出1种能够模拟基于单晶硅材料微机电器件侧面摩擦副摩擦磨损状况的试验机,有效模拟可动MEMS器件摩擦副之间磨损的真实状况,介绍了试验机测试机构的工作原理并从理论计算及有限元模拟分析2方面对其结构模态进行分析,在超净间内(千级、室温、相对湿度RH约50%),利用光学显微镜、CCD图像采集系统及计算机对梳齿驱动器的谐振频率及摩擦副的动态摩擦系数进行了测试.结果表明:采用所研制的试验机测得的谐振频率为5 600,与理论计算及模拟分析的结果(5 590和5 641)非常接近;摩擦副的动态摩擦系数在0.24～0.35之间;动态摩擦系数随着施加在摩擦副上的正压力变化而变化.     

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     

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     

Compression Enhanced Shear Yield Stress of Electrorheological Fluid

Shear tests of an electrorheological fluid with pre-applied electric field and compression along the fleld direction are carried out. The results show that pre-compressions can increase the shear yield stress up to ten times. Under the same external electric field strength, a higher compressive strain corresponds to a larger shear yield stress enhancement but with slight current density decrease, which shows that the particle interaction potentials are not increased by compressions but the compression-induced chain aggregation dominates the shear yield stress improvement. This pre-compression technique might be useful for developing high performance flexible ER or magnetorheological couplings.     

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     

相对湿度对材料表面粘附力影响的研究

利用自制微摩擦及粘附力测试装置考察了在微载荷条件下,相对湿度对Si(100)材料表面粘附力的影响,分析了在大气环境中水分子的毛细作用力和范德华力对粘附力的贡献,并以BET吸附模型为基础推导出考虑湿度影响的粘附力计算公式.结果表明:在微载荷条件下,相对湿度对材料表面的粘附力影响十分显著,随着相对湿度升高粘附力增加,特别是相对湿度RH在40%～80%之间时,粘附力变化最为显著;当相对湿度RH小于20%时,范德华力大于水的毛细作用力且占主导地位;当相对湿度RH大于20%后,水分子的毛细作用力不断增加,同时范德华力因水膜的存在而降低,水的毛细作用力占主导地位.     

磁头/磁盘气体润滑特性计算与分析

提出了1种计算超薄气膜润滑轴承压力分布的有限差分法,在此基础上对某磁头快速或缓慢偏离平衡位置造成的压力变化及气体轴承刚度进行分析.结果表明:随着气膜特征高度降低,初始纵翻倾角减小,气体轴承刚度增大;垂直于磁盘方向的微小位移不会对磁头平衡造成威胁,但磁头纵翻造成的翻转力矩变化较复杂,需要加以控制;磁头飞行姿态的突变将引起明显的挤压效应,挤压效应的强弱与初始飞行姿态有关.     

材料磨损研究的进展与思考

阐述了材料磨损理论和抗磨损技术研究的进展,分析了磨损损伤特征和复杂性,着重讨论了磨屑形成机制,指出疲劳机制研究具有重要意义,并就今后材料磨损研究提出了若干建议.     

微观摩擦磨损研究的新进展

随着纳米科学与技术的发展，微观摩擦学越来越受到人们的广泛重视，并且已经成为当前摩擦学研究中的相当活跃的前沿领域之一。研究表明，在超精密机械或微型机械中，微观尺度上的摩擦磨损在很大程度上决定着各相对运动部件能否产生运动，以及整个运动系统的性能和寿命，因此，研究微观摩擦磨损至关重要，其最终目的是实现零磨损，为了推动和加速微观摩擦磨损研究的开展，对近几年国内外微观摩擦磨损研究的新进展作了综述与讨论，介绍     

内燃机润滑油流变性能的研究

利用ＨＡＡＫＥＲＯＴＯＶＩＳＣＯ ＲＶ２０ 型流变仪测试了６ 种ＣＤ级柴油机油和５ 种ＳＥ级汽油机油的粘温曲线,确定了它们在Ｖｏｇｅｌ和Ｗａｌｔｈｅｒ－ＡＳＴＭ 模型下的粘温关系． 研究结果表明：多级油的粘温性能优于单级油;在剪应变率小于６ ０００ ｓ－ １、温度低于１００ ℃的范围内,多级油并未表现出非牛顿特性．