微加热器热传导试验与计算

为了研究微加热膜下方的结构与微加热器性能的关系,利用数值计算与有限元仿真,研究了微加热膜下方空气隙厚度的变化对加热器性能的影响。首先,通过微加热器试验确定了对流换热系数等关键热学计算参数,建立了一维Fourier导热微分方程组,计算了Biot数并以此为依据对模型进行了薄壁简化,使用有限差分法对微分方程进行了数值计算。然后,使用ANSYS有限元分析软件对模型进行了电热耦合仿真,并对在对流换热边界下硅衬底(无空气隙),100,200,300,400μm气隙以及加热膜(完全贯通)6种模型的瞬态温度响应及稳态热分布的结果进行了对比。计算结果表明,相比硅衬底,目前的微加热膜结构在同样边界条件下可以将最高温度提高约17%。空气隙为200μm时,在+5 V驱动电压和空气对流边界条件下,微加热器可以达到390 K,稳态功耗为134 mW,起到了改善最高温度性能,降低功耗的作用。

脉冲加热下微加热器在Al2O3纳米流体中的沸腾换热

以Al2O3-H2O纳米流体中的微加热器为研究对象,通过实验方法对脉冲加热条件下微加热器的温度响应曲线和气泡动力学行为进行了详细的研究。比较了在纯水及浓度为0.1%和0.2%的Al2O3-H2O纳米流体中微加热器的温度变化和气泡动力学行为。发现在脉冲加热条件下,微加热器在不同浓度的纳米流体中将出现不同的温度响应曲线,加热膜表面的气泡动力学行为也不相同。实验表明,在脉冲加热条件下,微加热器在Al2O3-H2O纳米流体中的换热效果要明显高于纯水,纳米粒子的浓度对于加热膜表面的气泡动力学行为有明显影响,对微加热器换热的影响也很大。最后根据实验结果以及纳米粒子对气液固三相线的影响,对实验中Al2O3纳米流体的换热情况进行了合理的解释。

微加热板气体传感器的仿真及结构优化

针对微加热板气体传感器敏感薄膜上温度分布不均的缺点,在传统的微加热板传感器中加入了硅岛结构以均匀薄膜温度分布。利用有限元分析软件ANSYS对带有不同尺寸硅岛的传感器的温度分布进行了仿真和分析,得出了最佳的硅岛尺寸,并提出了一种新型的微加热板气体传感器结构设计,该传感器结构可以在性能不受影响的情况下简化制作工艺。

MEMS圆片级气密封装微加热器阵列的设计和工艺研究

设计了 5 0 0× 5 0 0个微加热器阵列 ,加热线条宽度分别为 5 μm ,7μm ,9μm。采用离子束溅射、光刻、湿法腐蚀等工艺 ,在Si衬底上制作了微加热器 ,加热层材料为Ni/Cr ,Au ,厚度分别为4 0 0nm ,2 0 0nm。采用直流电源对加热器进行供电 ,在红外热像仪下观察 ,随着电压、电流的增加 ,加热区温度上升很明显。测试结果表明 ,该加热器可以用于 (MEMS)

微加热器温度场的数值求解与分析

为深入探讨微加热器表面产生周期性气泡的普遍规律,需要对微加热器的温度响应和分布进行研究.对微加热器和周围液体工质进行了无量纲固液耦合传热分析,以铂金属薄膜微加热器和液体工质水为例,通过对瞬态能量方程的理论分析和数值模拟,发现产生周期性气泡所需的无量纲加热时间与金属膜的厚度无直接关系,而与无量纲热源值密切相关;对周期性电压方波脉冲加热方式和周期性电流脉冲加热方式进行了对比,认为电压方波脉冲加热方式更符合实验需求;另外还提出了金属表面液膜的过热液层厚度和加热影响区.

基于声表面波技术的数字微流体微加热器研究

设计了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微加热器。它由压电基片上两个叉指换能器构成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,其激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波,并辐射入微流体达到加温效果。停止加电信号后,微流体能量向外界辐射迅速降温。采用2μL的甘油微液滴进行升温实验,结果表明:微流体温度变化由外加电信号强度和持续时间决定,在电信号强度为19V时,微流体的温度上升速率为1.5℃/s,与理论6.2℃/s结果基本相符。

PCR扩增芯片中微加热器结构优化分析

针对PCR扩增芯片中微加热器的传热问题进行有限元分析,用计算机模拟了不同形状微加热器的温度分布,通过对比分析,得出了提高温度分布均匀性的加热器结构和布置规律;根据分析结果,设计出双螺旋环形微加热器,这种结构能在一定范围内提供均匀的温度分布,为完成高质量的片上PCR扩增提供所需的温度环境;同时该结构还能有效减小微加热器本身的自感效应,提高加热效率。

气体传感器阵列中微加热器的发展现状

本文总结了气体传感器中微加热器的材料、结构及热特性，列举了常见的几种微加热器，对Ｐｔ加热器和多晶Ｓｉ加热器进行比较，并在此基础上简要介绍了传感器阵列中微加热器的制作及气体传感器阵列的气敏特性。

微加热板式半导体微气压传感器的测试

组建了一套用于半导体微气压传感器的测试系统。该系统主要由真空装置和信号采集系统两部分组成。该系统为半导体微气压传感器的研制提供了实验平台,利用该系统对一种微加热板式传感器的微气压特性进行了实验测试及分析。

寒葱沟水库取水塔微加热抗冰冻设计研究

寒葱沟水库取水塔为竖井塔式混凝土结构,和48 m长的检修桥相连接。由于冻胀等原因使桥面产生较大的倾斜,于2009年对其进行了设计修改,对桥面板部分换用钢结构,减载达到75%,加上对取水塔,桥基础采取人工破冰防冻措施,经过几年的连续观测显示基本控制住了继续变形。文章根据寒葱沟取水塔防冰冻设计与实施,介绍一种全新的高寒地区水工建筑物安全过冬微加热全数字化控制的的解决方案。

基于微加热器平台的高性能甲烷传感器

设计制造了基于微型加热器平台(MHP)的甲烷气体传感器.微加热器平台因其功耗低、体积小等特点可广泛应用于半导体气体传感器中.微加热器平台的制作是基于IC兼容的MEMS工艺完成的,利用模板法在MHP上原位制备二氧化锡(SnO_2)有序多孔薄膜得到微纳融合气体传感器.利用这种方法制造的传感器功耗仅39 m W,响应时间2 s,对714 mg/m^3甲烷的响应可达到1.19,对甲烷的探测下限可达18 mg/m^3.此高性能、低成本的传感器有望在生产生活、安全监控等方面得到广泛应用.

应用于微型PCR芯片的微加热器特性研究

设计制作了一种应用于微型聚合酶链式反应(PCR)芯片的微加热器。然后按照PCR循环温度的要求,利用该加热器进行了PCR温度实验。微加热器采用与MEMS工艺兼容的溅射方法在Si基上制作,微加热器材料为金属Pt。通过控制施加电压大小及时间,进行了变性温度、退火温度和延伸温度实验。结果表明:在25 V和32 V电压控制下的温升速度分别为0.68℃/s和1.23℃/s。在断电自然冷却下的降温速度均达到1℃/s。在一个PCR循环周期中每个反应仓的平均功耗为50 mW,最大功耗80 mW,整个10 mm×10 mm芯片的最大功耗为0.96 W。完成第一次PCR温度循环需要220 s,之后的每次循环仅需要175 s。

矿用MEMS甲烷传感器硅微加热器功率优化设计

在ANSYS有限元分析软件中对矿用微机电系统(MEMS)甲烷传感器硅微加热器功率进行了优化设计。首先建立了基于已知掺杂浓度求解一定温度范围内硅电阻率的计算模型;然后根据计算结果,利用ANSYS软件对U型双悬臂梁式硅微加热器进行了以掺杂浓度、两悬臂间距、悬臂梁宽度为影响因素的正交试验,研究了不同因素对硅微加热器功率的影响。试验结果表明:悬臂梁宽度和掺杂浓度为硅微加热器功率的主要影响因素,两悬臂间距影响较小;硅微加热器功率随悬臂梁宽度的减小而减小,随掺杂浓度的升高先增大后减小;温度为600℃时,选取悬臂梁宽度为25μm、掺杂浓度为1019 cm-3、两悬臂间距为10μm可使硅微加热器功率最优。

基于氧化石墨烯-微纳光纤的微加热器制备及其性能研究

利用近红外光在微纳光纤传输时产生的强烈倏逝场效应将氧化石墨烯沉积在微纳光纤表面,组装成具有优异光热转换性能的氧化石墨烯-微纳光纤,得到一种新型的光驱动微加热器.通入较小功率的近红外光,微加热器能诱导各种液体(例如N,N-二甲基甲酰胺、去离子水)产生高温相变进而产生微泡,显示了良好的光热转换效应.结果表明,在N,N-二甲基甲酰胺中,微泡按一定周期循环生长,重复搅动液体.在微流芯片中,这些微泡可用于操控微纳米颗粒、微纳米线等.在去离子水中,产生的微泡结构稳定、不易破裂,可用于聚集微粒等.该微加热器具有制备简单、尺寸小、损耗低、激发功率小、效率高等优良特性,在微机电系统、微流控芯片等领域具有良好的应用前景.

基于微加热板的三维SnO2薄膜乙醇传感器

为了提高气敏传感器性能,设计并制备了玻璃基底的微加热板,包括加热电极和测试叉指电极(IDE),基于微加热板,利用聚苯乙烯(PS)微球作为掩模,使用多次光刻-剥离工艺制备三维多孔SnO2薄膜传感器,研究了有无微球和微球直径对于传感器气敏性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对多孔表面形貌进行观察和表征。通过测试不同条件制备的传感器对于乙醇气体的气敏性能,得到使用直径1μm微球作为掩模制备的传感器性能更好,在约220℃的工作温度下,对体积分数为10-4的乙醇气体有3.5的灵敏度,并对传感器的重复性和线性度进行了测试。

微加热式微气压传感器测试电路的设计与分析

根据已研制的微加热式微气压传感器的加热电阻,设计了恒温、恒功率、恒压电桥三种测试电路,并对它们作了深入的分析对比.通过对微加热式微气压传感器的初步测试,发现传感器在恒温工作模式下有较高的灵敏度.

新型基于离子注入技术的用于微池芯片的微加热器(英文)

为了降低微型聚合酶链式反应(PCR)芯片的功耗,设计了一种嵌入硅基内部的微加热器.该加热器由采用离子注入技术制作的加热电阻并行排列构成.利用设计的热循环控制系统,对微加热器进行了热循环特性研究,包括功耗、不同加热功率下的温升速率以及样液对芯片温度及功耗的影响.实验结果表明,当加热功率为1.6 W时平均温升速率可达4.7℃/s,90℃时芯片功耗仅为0.67 W.最后获得了PCR循环试验曲线.因此,该加热器可以有效降低芯片的功耗,更好地满足微型PCR芯片的要求.

基于氧化石墨烯微加热器的微气泡研究

氧化石墨烯具有良好的光热转换效率,能在微纳米尺度的区域内形成热梯度场.利用氧化石墨烯沉积在微纳米光纤表面可组成微加热器,输入红外光(ASE宽带光源产生的光),微加热器会加热周围液体,并在微纳米光纤上产生微热气泡和椭球形微气泡,但两者产生的行为方式不同.结果表明,微热气泡直接形成于氧化石墨烯微加热器表面,而当微加热器置于气-液交界面时,椭球形微气泡则形成于微纳米光纤上.该研究结果加深了对微气泡物理行为的认识,对发展新兴的基于气泡的光热转化设备起到了推动作用.

自带均热板的微弹簧式悬臂梁微加热器的研究

利用硅基MEMS工艺,通过背面分步刻蚀工艺湿法刻蚀<100>晶向硅片,结合SiO_2薄膜热氧化工艺、磁控溅射薄膜制备工艺、光刻工艺、lift-off工艺,制备了一种自带均热板的微弹簧式悬臂梁微加热器。L型悬臂梁结构比直线型结构应力分布均匀。标定了微加热器的R-T曲线、Ⅰ-Ⅴ曲线。微加热器在工作电压为2.3V时,加热电阻值为60.96Ω,功耗为86.72mV,可获得673K的工作温度。

JWZ型微加热(余热)再生式压缩空气干燥器技术经济分析

对JWZ型微加热（余热）再生式压缩空气干燥器节能原理、压力露点、能耗、运行费用进行较为全面地分析与比较，得出该产品在技术和经济方面较同类产品优良的结论。