金属交叉电极结构对光电探测器响应带宽的影响

随着光纤通信朝着高数据、高容量的方向发展,这就要求光电探测器具有很高的响应速度。金属交叉电极的电容非常小,广泛应用于高速光电探测器中。本文利用MATLAB软件进行仿真和模拟,详细分析了电极的宽度、间隙的宽度以及电极的对数对器件带宽的影响。得到的结论为:电极宽度越窄、间隙的宽度越宽、对数越小时,电极的电容就越小,及响应带宽就越大。

交叉指形电极压电纤维复合材料的优化设计

交叉指形电极压电纤维复合材料是1-3型压电复合材料的新成员,以提高其驱动应变为目的,采用有限元软件ANSYS分析了其驱动特性,并给出了组分材料特性对驱动性能的影响规律。结果表明:采用低弹性模量、高泊松比的压电相和聚合物相有利于提高压电片的驱动应变;聚合物相的介电常数对驱动应变影响最大,采用高介电常数的聚合物相可以使其驱动应变明显提高。

大位移交叉环形电极压电驱动器结构优化

设计一种交叉环形电极与压电圆盘驱动器相结合的交叉环形电极(CREs)压电圆盘驱动器,利用分析软件ABAQUS进行静力学分析,着重研究CREs型压电圆盘驱动器电极结构几何尺寸以及驱动器厚度对驱动器径向驱动性能的影响。研究结果表明,减小电极中心距与驱动器厚度,有利于提高驱动器的驱动性能;加载相同电压,CREs型压电圆盘驱动器的径向夹持应力能达到普通型的2.1倍,径向自由应变能达到普通型的3.4倍。CREs型压电圆盘驱动器性能研究为CREs型压电圆盘驱动器的设计制造提供了一定的理论依据。

交叉指型电极压电振子的谐振特性研究

根据压电振子的动力学方程,采用有限元软件ANSYS对交叉指型电极压电振子进行了谐响应分析,得到了压电振子的横向振动响应,获得了分支电极参数对交叉指型电极压电振子谐振频率的影响规律。利用阻抗分析仪对交叉指型电极压电振子的谐振频率进行了实验研究,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了数值模型的可靠性。此外,研究结果还表明,采用较小的电极周期,可以明显降低振子的谐振频率,从而在相同的激励下,获得较大的作动应变。

交叉指形电极压电纤维复合材料静电场优化

采用有限元法分析了外电压作用于交叉指形电极(IDE)压电纤维复合材料时的静电场分布,讨论了静电场对元件极化和动作性能的影响,研究了电极区聚合物的介电常数和厚度尺寸及其IDE分支电极宽度和电极中心距对压电纤维复合材料静电场的影响。结果表明:增加电极区聚合物的导电性或减小电极区聚合物的厚度,压电纤维复合材料静电场可以得到显著提高,同时,元件横向应变可以提高108倍,横向应力可以提高43倍;IDE参数对电场的均匀区域大小和电场强度大小影响比较大。

面向爬壁机器人的电极吸附阵列模型构建及优化

针对爬壁机器人现有吸附方式的不足,提出一种电极吸附的新方法。对电极吸附技术的吸附机理进行分析,并根据爬壁机器人的应用特点,提出电极阵列式吸附结构——共面梳状交叉电极阵列。针对该阵列结构,基于有限元分析方法,构建吸附力输出模型,并结合量子粒子群优化算法,以电极吸附阵列吸附力输出的最大化为目标,对电极阵列布局的参数进行优化设计;在对电极阵列吸附力分布特性、击穿特性等性能进行分析的基础上,提出电极阵列结构优化设计方案,并采用MEMS技术,设计出了试验样版。为了验证电极吸附方法的有效性和所建模型的正确性,分别基于不同的材料基底(水泥墙、玻璃和木材),进行吸附力测试试验,并基于电极吸附技术,设计单履带式攀爬机器人。试验数据及攀爬机器人的实际运行效果表明了电极吸附技术的有效性和先进性。

交叉平面电阻抗成像模型分析

该研究针对传统平面电极阵列电阻抗成像系统问题,构建了一个交叉平面电极阵列的电阻抗断层成像系统。此系统由65个电极组成4个水平和8个轴向相交叉的成像空间。仿真及水槽实验采用了Tikhonov正则化算法,重建结果与原物体的比较表明,该成像方式在空间中能够提供更高的分辨率和定位精度。此外,这种方法能有效地减少计算量,在临床检查和监护上显示出很大的应用前景。

电极非对称对压电材料驱动性能的影响

采用有限元法分析了外加电压分别作用于交叉指型电极(IDE)压电纯陶瓷材料和压电纤维复合材料时的静电场分布,研究了IDE非对称及非对称的程度对某一厚度压电材料驱动性能的影响,讨论和比较了非对称程度由小变大对不同厚度压电材料驱动性能的影响,以及其变化对压电材料电场集中和应力集中的影响。研究结果表明,对于压电纯陶瓷材料,在厚度较小时,电极非对称对驱动性能的影响不明显。随着厚度的增加,电极非对称程度越大,对驱动性能的影响越大,总体是使驱动应变下降。不管压电材料的厚度如何变化,在增大电极非对称的程度时,电场的不均匀性总是呈增大趋势。电极非对称程度的提高对厚度较小的压电材料的驱动应力提高明显,且应力集中程度无明显增大。对于压电纤维复合材料,电极与压电纤维之间夹层厚度越大,则非对称程度增大的影响越大。

连续THz波双频偶极天线优化设计

为了提高无线通信应用中THz天线的性能,在微波段双频偶极天线基础上设计适用于THz频段的双频偶极天线.该天线通过结合交叉电极结构来提高天线的激光耦合效率以及所能承受的激光功率,采用双层衬底材料来改善天线的电学辐射特性.仿真结果表明,以反射损耗和辐射阻抗等作为目标对天线的结构参数进行优化,当天线工作谐振频率点分别为0.2和0.65THz时天线的反射损耗均小于-25dB,且辐射阻抗达到局部极大值.对天线的结构参数研究表明,改变天线的电极间隙能够使天线工作在需要的高频谐振频率.

纳米压印技术的最新进展

总结了纳米压印技术的最新进展,其中包括压印工艺、图形赋形方法以及纳米压印技术应用三方面最新的研究成果。在压印工艺的发展方面,大面积滚轴压印的发明最具有产业化意义,它不仅解决了常规平板压印很难大面积压印成型的困难,而且整个过程是一种柔性压印过程,降低了成本,提高了压印效率,但是最小特征尺寸还有待提高;在图形赋形方法的改进中,聚合物探针阵列技术集微米和纳米成型技术于一身,压印效率高,应用前景广阔;在压印技术应用的发展中,光伏电池、电子存储设备以及传感器等为纳米压印技术的应用提供了新的领域。

压电纤维复合材料有限元模拟及其试验研究

考虑压电纤维复合材料(MFC)压电陶瓷纤维层和指间交叉电极设计,假定压电陶瓷纤维极化方向相同,设置递进的电压边界条件,建立MFC均匀压电层等效有限元模型,借助ANSYS-APDL软件进行结构-压电耦合场仿真,模拟其工作的真实变形;同时进行自由应变和阻滞力的数值测试,数值上验证了有限元模型,修正纤维纵向压电应变常数d_(33)。对含有MFC驱动器的铝合金悬臂梁进行数值和试验研究,验证了该模型的准确性。与细观尺度上的MFC有限元模型相比,该有限元模型节约了计算成本,可应用于实际工程中。结果表明,MFC激励法用于振动特性分析时,操作简单,重复性好,信噪比高。

压电纤维复合材料悬臂梁发电性能分析

研究了压电纤维复合材料悬臂梁俘能器的电学特性,使用有限元法分析了叉指型电极结构尺寸、压电纤维和基板材料厚度对输出电压的影响,并将同等尺寸的d33和d31模式压电纤维材料悬臂梁俘能器发电能力进行对比分析。结果表明:叉指电极结构尺寸对工作于d33模式的压电纤维材料悬臂梁俘能器输出电压影响较大。d33模式俘能器具有能产生高电压、低电流值的特点,当压电纤维和基板材料的最佳厚度比为0.75时,俘能器产生电荷量最大。而d31模式俘能器具有能产生低电压、高电流值的特点,当压电纤维和基板材料的最佳厚度比为0.6时,俘能器的输出电压最大。相对于d33模式压电纤维材料,工作于d31模式压电纤维材料更适合作为发电材料使用。

压电纤维复合材料的研究

以提高交叉指形电极压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力为目的,采用有限元软件ANSYS分析了电极区聚合物参数、交叉指型电极结构和压电相体积分数对压电纤维复合材料诱导应变和挟持应力的影响。结果表明:增加电极区聚合物的介电常数或减小电极区聚合物的厚度,能够提高元件的诱导应变和挟持应力,元件诱导应变最大可达173με;减小分支电极的周期或者适当增大分支电极的宽度,可以有效地提高元件的作动性能;提高压电纤维体积分数,有利于提高元件的作动性能。

压电纤维复合材料的静电场分析

采用有限元法分析了外电压作用于压电纤维复合材料时的静电场分布,讨论了静电场对元件极化和作动性能的影响,研究了电极区聚合物的介电常数和厚度尺寸,及其IDE宽度和周期对压电纤维复合材料静电场的影响,研究结果表明:增加电极区聚合物的导电性,压电纤维复合材料静电场可以得到显著提高,最大可以提高54倍;减小电极区聚合物的厚度,同样可以显著提高静电场,最大可以提高55倍。IDE参数对电场的均匀性区域大小和电场强度大小影响也比较大。

软体机器人用柔性泵的有限元分析与工艺优化

针对软体机器人用流体驱动器存在性能不理想且制造工艺较为复杂的问题,提出一种利用电液动力学现象的高功率密度柔性泵及其工艺优化方法。该柔性泵由交叉指型电极构成,可根据外加电压的极性来控制流向。提出一个简单的电极配置模型来分析产生的电液动力学现象,并利用有限元分析来优化电极之间的距离,以最大化单位长度产生的压力和流速。通过在电极制作过程中引入切割绘图机,并采用粘接弹性体实现了可靠、高效的制造工艺。研究结果表明:当电极之间的距离最佳比值为3.4时,单位能耗产生的压力达到最大值为118.6 kPa/W,流速为145 mL/min。此外,相同配置制备泵之间的压力误差和流速误差分别为3.4%和4.4%,验证了电极配置模型的有效性和制造工艺的可靠性。与其他流体泵相比,该泵表现出更高的性能,且即使发生弯曲也可正常工作,在可穿戴设备和软体机器人中具有较高的工程应用价值。

穿戴式发热平面电阻膜封装系统设计

用于穿戴式产品的发热电阻膜,为保证安全,电压应小于等于12V,最佳选择为5V。产品外形尺寸往小型化走,具体根据应用部位来取值。为有效控制功率消耗,封装系统的热阻应越小越好。在产品尺寸受限制,电阻膜方阻受限制(一般都比较大,例如160Ω/□)的情况下,如何通过设计优化得到期望的电阻膜(2W,12.5Ω),需要创新思考、理论推导和实践检验。在采用温度传感器、控制器对穿戴式产品实施控制之外,针对产品的热平衡能力进行摸底,对预知安全性具有重要意义。