利用瞬态热栅法测定固体材料的热扩散率

实验采用两束脉冲激光干涉形成瞬态热栅的方法，测量了半导体、金属和合金等固体材料的热扩散率。将实验测定值、理论预计值及公认值进行了比较，并对比较的结果进行了分析讨论，说明瞬态热栅法是定征固体热学性质及结构的灵敏且有效的方法。此外，在实验过程中还检测到固体材料表面附近空气中存在的界面波。     

ZnO纳米薄膜及其声表面波传感器的制备与特性研究

结合RF磁控溅射和水热合成法制备ZnO纳米结构薄膜,利用XRD及SEM分析ZnO薄膜的晶体结构和形貌、XPS分析薄膜的化学组分。结果表明,在适当的条件下,所制备的ZnO薄膜为具有良好c轴取向的纳米棒状结构,且ZnO纳米棒薄膜表面吸附的氧原子及晶格的氧空位缺陷增多。利用所制备ZnO纳米棒薄膜的上述特性,将其作为气体敏感材料。分别沉积于128°YX-LiNbO₃和36°YX-LiTaO₃基片,研制多层结构的声表面波(Rayleigh波和Love波)氢气传感器,并进行室温条件下氢气的实时传感检测,结果显示所研制的Love波传感器具有更高的灵敏度,性能更优化。      

激光协同聚焦超声辐照生物样品增强热效应的实验和理论研究

对中等强度聚焦超声在生物样品中产生的热效应以及激光协同超声增强热效应进行了实验和理论研究。实验上,对生物和仿生样品在超声作用和激光协同超声作用下加热情况进行测量,通过对比表明,激光协同超声作用于生物样品,引起空化效应以及温度升高更为明显。同时,理论上对聚焦超声在生物样品中衰减产生的热效应、超声空化以及激光协同超声增强空化及其产生热效应进行机理分析。通过对机理的分析表明,激光引起的光致核化使超声空化更易于产生,有效的增强空化效应,进而增强热效应。为对具体实验给出量化分析和估算,通过理论与实验结果相拟合,对超声传播引起的温度升高进行计算,并估算超声和激光协同超声产生空化微泡对加热效应的不同贡献,为空化效应在超声治疗中的贡献提供参考数据。      

声表面波驱动的转动马达研究

在128°旋转Y切割x方向传播的LiNbO3基片表面平行地光刻两对工作频率为30MHz的叉指换能器(IDT)作为定子,当高频电压加在IDT1和IDT3(或IDT2和IDT4)时,基片上将产生两列平行但方向相反的瑞利波束,从而使得基片与其上部的转子间存在局部地相对运动,在滑动摩擦力偶的作用下转子经过加速后运动趋于稳定。本文给出了工作频率为30MHz的声表面波转动马达的一些实验测量结果:在120Vp-p的电压驱动下,马达经过400ms的加速后,转动速度达到稳定,约为270rpm,并对其工作机理进行了理论分析及计算。     

基于ZnO/SiO_2/Si多层结构瑞利波的特性研究

利用射频(RF)磁控溅射法沉积(002)ZnO薄膜和SiO_2薄膜于Si基底,研制(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si结构的声表面波延迟线,并通过3D有限元法仿真分析该结构所激发的瑞利波的声学特性,如相速度、机电耦合系数k~2等。通过实验验证,发现二者吻合较好。分析了ZnO薄膜的厚度对瑞利波特性的影响发现,当ZnO厚为8μm时,k~2取得最大值(为3.88%)。同时,分析了(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si结构所激发瑞利波的声学特性,结果显示,当ZnO薄膜的厚为8μm时,k~2取得最大值(为5.5%)。     

扫描电声显微镜成像技术研究

扫描电声显微镜(scannmg electron acoustic microscoPe)问世以来，作为一种新的显微成像手段，在众多的材料研究领域得到了广泛的应用，并日益显露其独特的成像本领。为此，我们对原建立的SEAM系统，通过增强电子束流强度和改善调制电路，使得系统的信噪比和空间分辨率大为提高。     

时间分辨光声量热法研究碳氧血红蛋白的光解反应

为了解血红蛋白与其配合物的结合与解离过程中,各反应分子的结构变化和能量变化的动力学过程以及作用机理,本文利用光声量热法测量了碳氧血红蛋白的光解反应的焓变和结构体积变化.脉冲激光引起碳氧血红蛋白的光解反应,由此激发的声信号即反映光解反应的过程.因此,利用超声换能器测得光解反应产生的声信号,可测定反应过程中的瞬态焓变和结构体积变化等动力学参量.实验中的激发光源为宽度8 ns的脉冲激光,光声信号由共振频率为1.5 MHz的PZT压电换能器接收.对人、猪、牛、马和兔等哺乳动物的碳氧血红蛋白的光解反应进行了研究,考虑实验系统的时间窗口和碳氧血红蛋白的光解反应中各个过程的弛豫时间,确定实验中检测到的结果对应于寿命为800 ns的三级弛豫过程.结果表明,不同物种的血红蛋白在三级弛豫过程中的动力学参量(焓变和结构体积变化)存在明显差异,最后对这种差异的原因进行了分析和讨论.     

声表面波驱动的非接触式转动马达

在研究摩擦力驱动的接触式转动马达的基础上,本文研制了一种由声表面波驱动的非接触式转动马达.这种马达的定子选用128°YX-LiNbO3晶体,在晶体表面光刻两对叉指换能器,由叉指换能器在定子表面激发两列平行而反向传播的声表面波.定子表面铺一层流体,转子就浮在流体表面.当定子表面有两列平行而反向的声表面波传播时,流体层中就会产生平行而反向的声流,这种黏性流体的声流运动就会驱动转子运动.实验上测定了马达的角速度随驱动电压,流体层厚度以及流体运动黏性系数变化的结果.同时,我们也发现,在相同工作频率下,非接触式转动马达的阈值电压远小于接触式.     

运用光声压电技术测定固体热扩散率

根据简化的热弹理论模型,运用光声压电技术测定团体材料的热扩散率。在优化的实验条件下,实现了对Al_2O_3短纤维增强铝合金基SAE321的复合材料Al_2O_3x/SAE321热扩散率的测量。结果表明,该方法简单快捷,不但能准确地测量均匀固体的热扩散率,而且能有效检测微观不均匀材料的等效热扩散率。     

TeOx薄膜的结构与声学特性研究

采用射频磁控溅射技术在不同条件、不同基片上制备氧化碲(TeOx)薄膜,并通过X线衍射、傅里叶变换红外光谱、X线光电子能谱等技术对制备的TeOx薄膜的结构和成分进行了分析.研制了TeOx/36°YX-LiTaO3结构的Love波器件,对Love波器件的延时温度系数(TCD)进行研究.结果表明,与36°YX-LiTaO3基片上制作的水平切变声波器件的延时温度系数相比,Love波器件的延时温度系数因TeOx薄膜的沉积而减小,故TeOx薄膜的延时温度系数为负值,其变化量取决于TeOx薄膜的制备条件和薄膜厚度.因此,TeOx/36°YX-LiTaO3结构Love波器件的延时温度系数可通过选择TeOx薄膜的制备条件和膜厚进行优化.