MEMS微电机综述

介绍了驻极体微电机、静电感应微电机、电晕微电机、磁阻微电机、永磁微电机、超声波微电机、分子马达和纳米马达等几种微电机的结构、原理、技术指标和国内外发展应用概况。

用于微机电系统的SiO_2/Si_3N_4驻极体的制备及电荷稳定性

驻极体微型发电机是近期提出的微电子机械系统开发中的一个新领域,驻极体电荷稳定性则是影响驻极体微型发电机性能的关键。用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备SiO2/Si3N4双层膜,采用电晕充电和热极化方法对材料进行注极形成驻极体,探讨了器件加工工艺及存储环境对双层膜驻极体电荷稳定性的影响。结果表明,电晕充电后SiO2/Si3N4双层膜的电荷存储稳定性明显优于SiO2单层膜;传统的电晕注极方法仅适用于大面积驻极体的制备,但对微米量级的材料表面不适用;微器件制备的工艺流程对驻极体电荷稳定性有显著影响,但存储环境对热极化驻极体电荷稳定性的影响很小。

驻极超微细纤维高效滤材SARS防护口罩的研究

系统地比较了各种口罩的性能及防SARS病毒口罩的要求.介绍了驻极超细纤维滤材的纺丝设备、方法、工艺,给出了口罩结构设计、加工与测试效果.

微型化Teflon驻极体的研究

针对驻极体微型化后存在表面电位低和稳定性差等诸多问题,通过对充电电压、温度、湿度和时间等充电过程参数和微型化驻极体的制备方式的一系列对比实验和分析,获得了Teflon驻极体的优化充电条件,得到了较高表面电位和稳定性好的微型化Teflon驻极体。

基于微液滴介质和差分电容器的静电式微型振动发电机

针对现有悬臂梁式微型振动发电机存在低频响应不敏感,抗冲击能力差等问题,提出了一种利用微液滴介质拾振实现差分电容器变化及电荷转移的静电式微型振动发电机新结构。根据驻极体模型,推导出了差分电容器极板的电荷分布公式;结合微液滴作受迫正弦振动假设,建立了静电式微型振动发电机的数学模型。采用COMSOL Multiphysics软件对微液滴运动及电容器极板电荷分布进行了仿真,得到了发电机的输出电压幅频特性。制作出了以汞为介质的静电式微型振动发电机样机,进行了样机的性能测试。实验结果表明:该静电式微型振动发电机共振频率为3Hz,在加速度为3 g、振动激励频率为3Hz,负载为1MΩ时,测得样机输出电压峰-峰值为1.21V,输出功率为0.73μW,实现了环境中低频振动能量的获取与转换。

高效低阻空气过滤材料研究进展

目前,空气过滤材料多存在过滤效率与过滤阻力不平衡的问题。为进一步提高其品质因子,以近年来国内外纳米纤维膜、熔喷过滤材料以及耐高温针刺过滤材料的相关研究为基础,阐述了驻极体过滤材料、微纳结构过滤材料以及梯度结构化和后整理方法提高空气过滤材料过滤效率的研究进展;分析和讨论了驻极体材料电荷储存能力的影响因素以及不同空气过滤材料的驻极类型;系统总结了微纳结构材料的制备方法,比较了梯度结构化和后整理等方式提高材料过滤效率的优缺点。认为空气过滤材料的驻极化与微纳结构化将会是研究热点,在今后的空气净化领域应用中具有极大的发展空间。

空气净化器用纤维过滤材料的应用及发展

为研究空气净化器用纤维过滤材料的应用及发展,介绍空气净化器的原理及种类,并阐述高效纤维过滤材料在空气净化器中的应用。强调微纳米纤维过滤材料和驻极体纤维过滤材料是提高过滤性能的两种有效途径,并指出这两类过滤材料存在的问题及未来发展趋势。

介质层对驻极体基能量采集器输出性能的影响

设计了一种以聚二甲基硅氧烷作为电容介质并同时用作弹性层的驻极体基微振动能量采集器。对双电容结构器件的测试结果表明:当振动强度为0.5 N、驻极体膜的表面电位为1 500 V、外接负载电阻为55 MΩ时,采集器的输出功率为29.1μW,是以空气为介质层时的2.7倍。采用LTC3588-1能量管理芯片,使用所制备的能量采集器,成功地实现了给无线发射模块的供电。

面向微振信号的驻极体减振俘能装置设计与建模

随着航天工程的飞速发展以及先进制造业对加工精度要求的持续提高,对低频微振信号的控制与利用越发受到关注.本文采用驻极体材料,参考动力减振器理论,开发了一种面向低频微振环境的减振俘能一体化装置,建立了驻极体减振俘能装置的机电耦合模型.为兼顾减振和俘能的双重要求,本文分析和等效了静电力对系统动力学特性的影响,并进行了参数的评估,提出了适用于驻极体减振俘能的优化方法.建立了AMEsim和Simulink的联合仿真环境,对模型和结果进行了仿真验真.建模和仿真的结果表明,本文建立的驻极体减振俘能装置的机电耦合模型可以准确描述装置的运动过程,建模与仿真的误差在5%以内.驻极体减振俘能装置对参数变化十分敏感,且副结构刚度、初始间距等对减振俘能性能的影响都明显强于副结构阻尼.经过优化,本文设计的驻极体减振俘能装置,能够兼顾减振和俘能需求,可以实现接近于理想动力减振器的减振效果,也可以在牺牲15%减振效果前提下,获得1700 V输出电压和3.1 m W俘能功率.本文建立的机电耦合模型和动态静电力解析模型,有助于理解驻极体减振俘能机构的工作原理,揭示了非线性静电力的变化过程和作用机理.

一种基于双极性驻极体的多气隙结构微振动能量采集器

为实现物联网的自驱动供电,本研究提出一种基于双极性驻极体的多气隙结构微振动能量采集器,驻极体材料为三明治型双极性复合驻极体膜.其基本结构单元为驻极体薄膜被放置在由微型弹簧支撑的两个振动电极中间所形成的双气隙结构.这种双气隙结构等同于两个对称的可变电容.利用驻极体所产生的静电场在电容中产生原始电势差,在振动激励下使电势差发生变化,实现电荷的流动,将振动能转变成电能.对能量采集器性能的测试结果表明,在振动频域30～180Hz范围内存在一个谐振频率和最大输出功率.最大输出功率与振动强度、气隙数、驻极体膜的面积和电场强度呈正相关.当振动强度为0.5N时,在负载电阻为55MΩ时,四气隙结构能量采集器在谐振频率97Hz处的最大输出功率达到了59.12μW.