梳齿式微加速度计闭环系统性能的分析与优化

为定量研究梳齿式微加速度计闭环系统的性能和参数设计准则,通过静平衡方程得到闭环系统输出公式,由此公式推导出灵敏度、最大预载、最佳预载、量程、稳定性、线性度、分辨率等公式。分析了机械和电气参数变化对性能的影响,根据性能指标提出参数的优化准则和设计公式。

梳齿式微机械加速度计闭环系统的线性度

为研究离心试验中微机械加速度计的线性度和输入加速度的关系,分析闭环系统的位置误差,然后根据微机械加速度计闭环系统的输出公式,对离心试验的加速度输入和电压输出之间的关系进行最小二乘分析,提出单程线性度和全程线性度的公式,证明线性度为输入的二次曲线函数,且与开环系统低频环路增益有关。线性度公式表明增大低频环路增益,增大悬臂梁机械刚度以提高线性度的方法。利用电测法估算机械参数,并利用离心试验的数据进行验证。结果表明,可以利用±1g静态翻滚试验的数学模型和电气参数来估计高g输入下的线性度,理论值与实测值符合得较好,因此可以用简单廉价的±1g线性度测试来粗略替代复杂且昂贵的离心试验进行满量程线性度的估算。

预载电压对力平衡式微硅加速度计性能的影响

在实验中发现,力平衡式加速度计的施力电压变化范围和传统计算中的并不相同。为研究预载电压对加速度计性能指标的影响,重新推导了力发生器的传递函数和静电负刚度等参数的表达式。对参数的分析显示:预载电压直接影响了加速度计的灵敏度、量程和分辨力,但不影响非线性。在综合各种影响的基础上,提出了根据不同应用的要求选取预载电压的方法,并进行了实验验证。

新冠肺炎遗传易感基因的研究进展

新型冠状病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)感染人体后,个体间存在显著不同的新冠肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)临床症状。机体遗传因素在新冠病毒感染后的临床转归过程中发挥重要的作用。以全基因组关联研究(genome-wide association studies,GWAS)为代表的遗传关联研究方法,已成功鉴定了多个与新冠肺炎相关的易感基因,为新冠肺炎防诊治措施的研发提供了理论基础。本文综述了新冠肺炎遗传易感基因的研究进展,包括多种表型、多个人群、多种遗传变异类型的新冠肺炎全基因组关联研究以及易感基因区域的精细定位研究等,旨在为新冠肺炎遗传易感基因的后续研究提供参考。

高质量ZnO及BeZnO薄膜的发光性质

用分子束外延设备插入缓冲层在c面蓝宝石上生长得到高质量ZnO和BeZnO薄膜。XRD测试显示薄膜具有六方结构和c轴取向,并具有良好的晶体质量,其中ZnO薄膜的半高宽仅为108 arcsec,BexZn1-xO薄膜的半高宽小于600 arcsec。对ZnO和BeZnO薄膜的拉曼光谱进行对比研究发现,随着Be元素的掺入,A1(LO)、A1(2LO)声子模频率往大波数方向移动,并且首次发现了与Be元素掺杂有关的局域振动模。利用变温光致发光光谱研究了薄膜的发光性质,结果显示ZnO薄膜室温光致发光只出现一个紫外发发光峰(378nm),而低温光谱(80 K)则出现了很强的自由激子发光峰。随着温度的升高,束缚激子发光逐渐湮灭向自由激子发光转变,并且峰值位置红移。相对于ZnO薄膜,BeZnO薄膜的紫外发光主峰位置蓝移,并且由于Be元素的掺入导致薄膜晶体质量下降,在低温(80 K)光致发光光谱中没有出现强的自由激子发光峰。另外,在低温光致发光及拉曼光谱中,主峰位置在100～200 K之间有局部最大值,推测为由于合金晶格热膨胀系数失配而引起的应力效应。

视网膜假体专用集成电路研究进展

近些年来,人工视网膜假体的研究成为视觉修复领域的一个热点。文中根据不同的视网膜假体实现方案,概括介绍了视网膜假体专用集成电路的主要种类及实现方法;分析比较了视网膜上假体和视网膜下假体两种实现方式的优缺点。重点论述了视网膜假体专用集成电路中能量和数据收发、全局数字控制器以及神经驱动阵列等模块的基本原理及研究进展。最后讨论了视网膜假体专用集成电路设计上所面临的一些挑战及关注问题的展望。

卷对卷紫外压印超疏水薄膜的工艺及装置

为了实现大面积、批量化制备超疏水表面材料,文章开发了一种新型的卷对卷紫外压印技术并研制了相应装置。通过卷对卷微纳压印及快速光固化紫外固化胶将母版上的精细微米图形转移到目标柔性衬底上,无需复杂的制备工艺或苛刻的洁净加工环境,实现超疏水薄膜的快速、高效、批量化制备。文章着重讨论了应用于制备超疏水薄膜的卷对卷紫外压印工艺过程及对应各工艺而设计的机械功能模块。经工艺改进,选用改性的紫外固化胶,转印复制了20μm×40μm×17μm(直径×间距×柱高)的微结构阵列,所得超疏水薄膜经氟化处理后与水接触角可达150°以上。最后,尝试使用该装置制备T型微纳结构阵列以获得疏水性更佳的表面材料。

MgZnO半导体材料光致发光以及共振拉曼光谱研究

用分子束外延设备在c面蓝宝石衬底上生长得到高质量Mg x Zn1-x O薄膜。X射线衍射显示,当Mg摩尔分数在0~32.7%范围内时,薄膜保持六方结构,(002)衍射峰半高宽为0.08°~0.12°,薄膜结晶质量与现有报道的最高水平相当。随着薄膜中Mg含量的增加,紫外发光峰由378 nm蓝移至303 nm。对Mg0.108Zn0.892O薄膜变温光致发光光谱的研究发现,束缚激子发光随温度变化存在两个不同的猝灭过程。对不同Mg含量薄膜共振拉曼光谱的研究发现,A1(LO)声子模频移与Mg含量在一定范围内呈线性关系,这为确定Mg x Zn1-x O薄膜中的Mg含量提供了一种简单高效的方法。通过拉曼光谱与X射线衍射对比研究发现,拉曼光谱在确定MgZnO材料相变时具有更高的灵敏度。最后,研究了Mg0.057Zn0.943O薄膜的变温共振拉曼光谱,对A1(LO)和A1(2LO)声子模随温度而变化的现象给出了一定的理论解释。

分子束外延生长的极性与非极性BeZnO薄膜的比较研究(英文)

采用分子束外延设备在不同晶面蓝宝石衬底上(c面,a面,r面)生长BeZnO薄膜。使用复合缓冲层生长得到了高质量的BeZnO薄膜,X射线衍射半高宽达到600 arcsec。在c面与a面蓝宝石衬底上生长得到了极性BeZnO薄膜,在r面蓝宝石上生长得到了非极性BeZnO薄膜。共振拉曼光谱测试结果表明薄膜中的Be含量在同一水平。相对于c面与a面蓝宝石上的极性BeZnO薄膜,生长在r面蓝宝石衬底上的非极性BeZnO薄膜具有较大的表面粗糙度以及较大的半高宽,但是其光致发光谱中的紫外发光峰远远强于极性BeZnO薄膜,并且黄绿光发光峰弱于极性BeZnO薄膜。

在c-面蓝宝石上控制生长高质量的ZnO单晶薄膜

利用Mg O和低温Zn O的缓冲层技术,在c面蓝宝石衬底上用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)的方法生长了高质量的Zn O单晶薄膜。通过XRD测试,Zn O薄膜样品具有c轴方向的择优取向,其(002)方向摇摆曲线的半高宽(FWHM)仅为68.4 arcsec,(102)方向摇摆曲线的半高宽(FWHM)为1 150 arcsec,显示了外延薄膜极高的晶体质量。另外从扫描电子显微测试结果和原子力显微测试结果来看,Zn O薄膜具有极为平整的表面,3μm×3μm面积内的均方根粗糙度仅为0.842 nm,接近原子级的平整。拉曼光谱(Raman)和荧光光谱(PL)测试结果显示,Zn O薄膜样品内部的应力基本释放,而且具有极低的点缺陷密度。高质量Zn O单晶薄膜的实现为Zn O基的光电器件的制备提供了坚实的基础。

ZnO单晶和BeZnO合金的生长及其紫外探测器研究

用分子束外延(MBE)的方法在c面蓝宝石衬底上生长出了高质量的ZnO单晶薄膜和BexZn1-xO合金薄膜。X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,合金材料中Be元素的摩尔分数分别为1.8%、4.9%、8.0%和15.3%。在此基础上制备了ZnO基和BexZn1-xO基的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器。ZnO单晶探测器的响应波长为375nm,在1V电压下,350nm处的光响应度高达43A/W,光电流和暗电流之比达到105量级。在BexZn1-xO基紫外探测器中,其截止响应波长随着合金中Be含量的增加逐渐蓝移,其中Be0.153-Zn0.847O合金探测器的截止响应波长为366nm,紫外波段和可见波段的光电流之比达到2~3个数量级,具有良好的信噪比。此外,提出了氧气等离子体表面处理降低探测器暗电流的方法,并使ZnO单晶探测器的暗电流降低了4个数量级。

利用单片机实现微加速度计性能自动测试

利用ATMEL公司的高速嵌入式单片机实现MEMS加速度计性能指标的自动测试,对系统中的模拟地与数字地分离、正负电压上电时间控制、温度信息采集、串口通讯协议等细节作了详细分析。结果表明,这是一个低价而可靠的微加速度计自动测试解决方案。

基于STM32的细胞换液自动控制系统

为了解决目前在细胞冷冻前细胞换液过程中人工操控难、技术要求高、效率低、成本高等问题,提出了一种基于STM32和μC/OS-Ⅱ的自动控制系统的设计方案.其中,以STM32为主控器,完成步进电机S形加减速脉冲的生成、位移数据的采集和模数转换、与上位机Lab VIEW的通信等;控制系统中嵌入μC/OS-Ⅱ实时操作系统以实现多任务运行,简化程序设计,便于扩展.实际的测试证明,该系统具有良好的稳定性和可行性,大大缩短了实验时间,性能指标达到了系统初步的目标要求.

电容式微机械加速度计闭环系统的零偏

为解释电容式微加速度计闭环系统零点不惟一的特殊现象,对其力学模型和电路特性进行理论分析,推导了闭环输出、零偏、零偏重复性、检测盲区宽度等公式,建立新的静平衡模型。通过零偏与预载的关系实验,定量分析了零偏不重合度、零偏重复性等,并对实验数据进行误差分析。该静平衡模型揭示了动齿的运动规律,证明检测盲区宽度和零偏重复性成正比,成功解释了两个零点问题。指出提高零偏重复性指标的方法,对于微机械结构的设计、预载的选择也具有指导意义。

基于微纳结构液体灌注的超滑表面的制备与应用

超滑表面利用其基底上的微纳结构通过毛细作用将润滑油等液体锁定在孔隙中,孔隙中浸润的润滑油在基底形成一层动态油膜,油膜与不溶液体的液-液界面代替了固体与液体的固-液界面,从而大幅减少了滑动阻力。与传统具有类似低滚动角特性的超疏水和超疏油表面相比,孔隙中填充润滑油比空气具有更好的压力稳定性,而且润滑油的毛细流动性使得超滑表面具有良好的自修复能力。由于其明显的优势,近些年超滑表面已成为国际学术界研究热点,应用也拓展到防结冰、强化传热、减阻、抗生物黏附、微流控等领域。目前超滑表面研究仍存在重要挑战,例如如何避免润滑油的挥发带来的性能退化、如何针对各种材质和结构设计合适的加工工艺制备微纳结构等,这些问题限制了超滑表面的广泛应用。本文综述了超滑表面的制备工艺以及应用,分析了现存的问题,并且对超滑表面未来的发展趋势进行了展望。

神经刺激/记录f MEA的高性能3D结构铂纳米镀层的研究

为确保柔性神经电极长期植入的安全和有效刺激/记录,针对柔性微电极阵列(fMEA)特定的植入环境,其设计和制造工艺应满足生物相容性、高分辨率、柔性和低阻抗等要求。本研究使用柔性聚酰亚胺(PI)基体提出了一种f MEA加工方法,并探索了多种三维(3D)结构铂金属涂层的体外性能表现。与未修饰的裸铂金属电极表面相比,3D微结构涂层在1 kHz频率下的阻抗最大下降了94.77%,达到了0.824 kΩ,突破了1 kΩ的极限。而新颖的垒晶状结构涂层电极相比于其他结构电极的阴极电荷存储容量(CSCc)最大可提高6.67倍,达到13.47 mC·cm^-2。安全电荷注入能力(CIC)与Pt gray修饰电极相比提高19.6倍,达到了2.53 mC·cm^-2。因此,这种fMEA的微纳加工方法将极大地提高神经刺激/记录的分辨率和精准度,为生物医学植入器件的应用提供广阔的应用前景。