微光学元件光刻对焦方法

文章提出了三种微光学元件光刻对焦方法,并用它们对北京化学试剂研究所生产的BP-218紫外正型光刻胶的分辨率进行了测试,得到了满意的结果.     

表面微纳结构对气-水界面稳定性和流动减阻的影响

利用压力-流量测量和流动显示方法研究了6种具有不同微纳结构尺寸的超疏水表面的减阻效果以及表面微结构形状对气-水界面稳定性的影响。实验结果表明:设计的各种超疏水表面在层流和湍流下均具有一定的减阻效果;在相同的固体面积分数情况下,微结构间距越小,减阻效果越好;在具有最小结构间距的微纳二级结构表面上实现了最大减阻率（38.6±4.5）%。流动显示观测发现:减阻率与微结构的层级、尺寸、形貌及槽道流态有关,它们均对气-水界面稳定性有一定的影响,揭示了复合微纳结构之所以能够显著提升减阻效果,是由于添加纳米二级结构减小了原有表面的固体面积分数,并提高了气-水界面的稳定性。此外,对于具有双内凹（伞状）微结构表面的微槽道,即使表面为亲水材料,也可以有效捕捉气体,形成稳定的气-水界面,从而实现超疏水性能。     

低温微磨料气射流加工PDMS传热仿真及实验研究

由于在常温下聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）是一种高弹性材料而非硬脆材料,此时利用微磨料气射流对其进行加工,加工效率很低,甚至为零,而且还会有大量的磨料颗粒嵌入PDMS表面中。当PDMS冷却不完全,即处于高弹态和玻璃态之间的过渡状态时,利用低温微磨料气射流加工PDMS仍然会发生很严重的磨料嵌入现象,致使加工效果较差。针对这一问题,本文利用ANSYS Fluent软件对PDMS进行传热仿真分析来获得PDMS内部温度的变化情况,从而能够计算得到在PDMS深度方向上的冷却速率,同时利用与传热仿真分析过程中完全相同的工艺参数在PDMS表面上加工微孔,计算出在PDMS深度方向上的最大平均冲蚀加工速率,最终发现冷却速率远大于冲蚀加工速率。根据传热仿真的分析结果,通过开展单因素实验探究进给速度v、加工距离D、冲蚀角度α以及加工压强p对PDMS加工性能的影响规律,为后续进行更深入的研究提供重要参考依据。     

Cu_2O改性ZnO纳米阵列表面的润湿性与紫外响应行为研究

在ITO基底上采用电化学沉积法制备了Cu_2O改性的ZnO纳米阵列,通过场发射电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测量仪等对其微纳结构和表面润湿行为进行了研究。实验结果显示,低表面能Cu_2O粒子的吸附增强了ZnO纳米阵列的超疏水性。很多材料表面对水滴有较高黏附力是因为材料表面微槽中密封的空气而产生的毛细管附着力,而ZnO纳米棒阵列表面对水滴的高黏附性是因为其表面的范德华力作用。改性后样品表面形成的ZnO-Cu_2O微纳分层结构减小了样品表面与水的接触面积。另外,加上Cu_2O自身的低表面自由能,共同导致范德华力减小从而使得表面对水滴的黏附小而具有很好的超疏水性。     

壁面带微结构管道内Cassie状态稳定性的实验研究

保持液体在微结构表面处于Cassie状态,是流动减阻的关键.首先利用MicroPTV分别测量了带微结构侧壁处于Cassie和Wenzel状态下的流场速度,表明Cassie状态下近壁速度提高至光滑表面的1.6倍,而Wenzel状态下近壁速度将减小.通过精细控制微管道的驱动压强,观察了液体在近壁由Cassie向Wenzel状态的转变,并测出C/W转变的临界压强值△pcr约10.9kPa,与Laplace理论预测值10.15kPa基本相符.考虑到Cassie状态失稳也会发生在液体进样过程中,实验还观察了微结构角点对液体进样的“锚定”作用,并初步分析了液体进样中自由液面在微结构表面保持Cassie状态的条件.     

无移动部件微泵的设计、制造及基于微PIV技术的流动测量

基于简化微泵加工难度、延长寿命及特殊管道流体特性原理,设计了一种无移动部件微泵。通过数值计算对设计微泵进行优化。用特殊材料PDMS及微机械加工工艺制造出微泵。用微PIV粒子成像技术测量了微泵流场特性及流量。可实现在工作频率．600～2000Hz下,微泵流量为0．01～0．1μL／s。     

一种优化微镜像素灰度提高数字光刻成像质量的方法

针对DMD数字光刻成像畸变问题,提出一种优化DMD微镜像素灰度值提高光刻成像质量的方法。将微镜像素的灰度值编码为0,1二进制位串,然后利用梯度下降法优化微镜像素的灰度。对矩形掩模图和T型掩模图进行仿真验证表明,两种图形的误差值(PE)分别下降了83.9%、80.5%,该方法可以较大程度地提高数字光刻成像质量。     

液滴撞击柔性材料表面铺展特性的实验研究

采用高速摄影与计算机图像识别技术,研究了单个液滴撞击不同厚度、不同弹性模量的聚二甲基硅氧烷（PDMS）样品表面后的动态铺展过程,获得了液滴与柔性材料表面的移动接触线直径随时间的变化规律。实验结果表明:柔性材料在撞击过程中受压变形所导致的固体材料粘性能量耗散与系统的总能量相比很小,不会对液滴的铺展过程产生明显影响;在较低的撞击速度下,柔性材料表面形成的润湿脊所导致的粘弹性能量耗散是系统能量耗散的重要因素,且随着柔性材料弹性模量的减小而增大,因此液滴撞击弹性模量较小的PDMS表面时的最大铺展系数相对较小;当撞击速度增大后,粘弹性能量耗散在总能量耗散中所占的比例降低,液滴铺展过程中的液体粘性能量耗散所占比例逐渐升高,柔性材料弹性模量对液滴铺展行为的影响逐渐降低。     

在高速风洞中使用荧光压力传感器技术对飞机模型压力场的实验研究

介绍了国内首次在高速风洞中使用荧光压力传感器 (LPS)技术对飞机模型机翼表面压力场测量的初步结果。简述了LPS技术的应用原理、实验设备、实验方法和数据处理方法。为了分析比较 ,在用LPS技术测压的同时也用常规压力孔测压方法进行了机翼表面压力测量 ,并对二种测量方法得到的结果进行了简单分析。实验马赫数M =0 .4～ 1 .5 ,攻角α=0°～ 1 8°。     

不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性（英文）

超疏水光热防除冰表面作为一种新兴的防除冰手段，在防除冰领域具有巨大的应用潜能。本研究通过数值模拟和物理实验相结合的手段研究了不同微结构超疏水表面的光热防除冰特性。基于有限元模拟，得到了纳米颗粒的粒径、种类、体积分数、涂层厚度及微纳复合结构表面的结构参数对表面光热转化效率和升温效果的影响。另外，考虑了微柱和微锥两种微纳复合结构，数值结果表明微纳复合结构具有更好的光热特性，微锥结构的光热特性最好。同时，详细讨论了微结构尺寸参数，如特征尺度和高宽比，对表面吸收率与光热转化效率的影响。光照升温和融冰试验结果表明制备的超疏水光热表面能够实现高效的光热转化和防除冰功能，最优结构的表面在一个太阳光照条件下的温升可以达到45℃。本研究的研究工作可以为防除冰材料的优化设计提供参考。     

水下平板壁面剪应力MEMS测量研究进展

围绕水下平板壁面剪应力测量进行了一系列的试验测试研究工作，包括MEMS壁面剪应力传感器标定、平板模型设计、微弱信号测量系统开发、平板边界层参数估计与CFD仿真分析以及近壁面速度剖面LDV测量等。对于速度为0.2~0.7m/s的来流，基于MEMS传感器阵列对水下壁面剪应力进行了测量，同时使用LDV进行速度剖面测量，并通过对速度剖面的拟合求解出平均壁面剪应力值。通过比较可知，MEMS测量结果、LDV速度剖面法拟合结果和经验公式计算结果三者一致性较好，相互之间差别在5%以内。     

基于电流监测法的粗糙表面微通道电渗流实验研究

制作2种 PMMA 微流控芯片,对其微通道内表面参数进行测试。基于电流监测法,设计微流控芯片电渗流检测系统。首先测量光滑微通道电渗流速度,验证了实验的可行性,并可以预测微通道的表面电势;然后对粗糙微通道电渗流进行测量;最后对比分析电场强度、溶液浓度等对光滑和粗糙微通道电渗流的影响。结果表明:(1)不规则粗糙表面微通道电渗流速度随电场强度、溶液浓度的变化规律和光滑表面微通道一致;(2)相对于光滑表面微通道,粗糙表面微通道电渗流速度明显降低;当相对微通道深度为5%时,降低幅度约为23%。(3)随着电场强度或者溶液浓度的增大,粗糙和光滑微通道电渗流速度的差距增大。所用实验方法具有直观、方便和成本低的优点。     

基于格子玻尔兹曼方法的圆柱阵列积灰数值模拟

为了研究圆柱阵列的除尘效率,以圆柱捕集颗粒物为例,基于Lattice-Boltzmann方法(LBM),探讨了不同类型圆柱阵列表面的积灰过程、形态及其在圆柱表面的堆积.首先使用LBM算法计算圆柱阵列绕流,接着从计算域入口处注入灰尘颗粒,并计算颗粒的运动轨迹、在圆柱表面的堆积.结果表明:颗粒物在圆柱表面的堆积对流体流动有...     

常规闭口风洞相阵列气动声学试验

传统气动声学研究观点认为,精确的声学测量要求风洞背景噪声和洞壁反射足够低,传声器测量结果有足够高的信噪比,这是大多数风洞无法达到的要求.近些年,基于声纳和雷达技术发展起来的麦克风相阵列技术可以通过增加阵列的传声器数目从而大幅提高声学测量的信噪比,具有噪声源研究和定位能力,并被成功地应用于非声学固壁风洞噪声源测量和噪声物理机制研究.作者基于相阵列波束生成频域算法研制出常规闭口风洞相阵列系统及相关技术,在FD-09风洞尝试进行了相阵列校准试验和某民机噪声测量试验.结果表明:相阵列技术能够准确捕捉到真实的校准声源,并从技术上验证了相阵列系统在常规闭口风洞测量气动噪声是有效的.     

基于微型压力传感器阵列的翼面压力分布直接测量系统

研发了微型压力传感器并构成柔性衬底基阵列,直接置于翼型外表面实现压力分布测量.结合传感器特性和气动测量需求,设计了压力传感器阵列恒流驱动电路和差分滤波电路,并通过LabVIEW调用所开发的MAT-LAB的应用程序实现了数据的在线处理和实时显示.结合NACA0012翼型对该测压系统进行了低速风洞实验.对其有效进行了初步验证.     

激波风洞高超声速摩阻直接测量技术研究

介绍了在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)激波风洞中进行的摩阻测量技术研究情况。在测量研究中,设计了压电型摩阻天平,为了提高摩阻天平的校准和风洞试验测量结果精度,便于风洞试验和校准之间安装的变换,本项研究的摩阻天平采用一种新结构,也就是测量表面和摩阻天平本体可以分离的分体式结构,由此确保在不同使用场合下,摩阻天平的测量表面或者校准加载块可拆卸和更换。验证性试验是在 CARDC 0.6m 激波风洞中进行的,流场名义马赫数分别为8和10,单位雷诺数分别为2.85×107/m 和1.58×107/m,试验中测量了带压缩拐角的进气道模型表面三个测点的摩擦阻力,也测量了摩阻测点及其附近热流,测量结果表明:模型表面的摩阻和热流与雷诺比拟准则符合得较好。     

脉动压力传感器研制

测量脉动压力用压阻式压力传感器，通过有限元应力分析求得灵敏度高、线性又好的双岛硅膜片结构；采用双面对准光刻工艺，各向异性腐蚀微机械加工制硅膜片等新技术。最后给出了脉动压力传感器的动、静态性能指标。     

基于AFM胶体探针测量液固界面DLVO力及表面电势

表面电势是微纳流控芯片中流体流动的重要参数。本文介绍了基于AFM胶体探针技术测量液固界面DLVO力并进一步测量表面电势及表面电荷密度的方法。本文改进了胶体探针制作的技术手段，并提出用双探针法测量胶体探针的弹性系数。在0.1~1mM浓度范围内的NaCl溶液中，测量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面双电层内的DLVO力及表面电势。实验结果表明胶体探针技术可以很好地测量液固界面的DLVO力，尤其对静电力指数变化段非常敏感。通过DLVO力曲线可以间接测量表面电势、表面电荷密度等重要参数，是微纳流动及界面属性测量的有效手段。此外，在不同硅基材料表面的测量结果显示了硅烷醇基密度对表面电势起主导作用，可以通过选用不同硅烷醇基密度的材料来有效调控表面电势，从而在硅基材料制作的微流控芯片中调控电动流动的强弱。     

薄膜式铂电阻温度传感器

本文介绍一种在70年代发展起来的簿膜式电阻温度传感器。它是采用高频溅射将铂簿膜粘附在基底表面,经光刻、焊接、调阻、上保护胶后进行温度特性标定,制成了尺寸小、精度高、反应快,可作表面温度测量、瞬态温度变化及热流测量的新型测试元件。     

热敏式壁面剪应力微传感器技术研究进展

基于MEMS技术的热敏式微传感器为壁面剪应力的测量提供了重要手段。本文介绍了国内外热敏式壁面剪应力微传感器技术的研究发展现状，重点从硅基和柔性聚合物基2种结构角度，对其工作原理以及不同热敏式微传感器的结构、关键工艺和性能测试进行了分析。