基于BPNN的微小反应器温度测量

针对常规测温方式应用于微小反应器的局限性以及温度精确测量的需求,提出基于反向传播神经网络(BPNN)的温度测量方法,通过应用目标温度预测值和目标温度测量值的差值处理降低并消除空白噪声引起的附加温度影响,分别进行了微小反应器内稳态、非稳态和温度分布的温度测量研究。结果表明:BPNN的预测值与测量值的吻合度高,差值均控制在±0. 05℃,其中25℃和40℃典型稳态工况的差值波动范围为±0. 01℃和±0. 02℃,远优于目标温度测量值的波动范围±0. 05℃和±0. 2℃;非稳态工况(过氧化氢酶反应)可分辨温度信号峰的过氧化氢浓度从0. 01%降低到0. 001%,温度测量水平提升了1个数量级;径向动态温度分布例证了温度的高辨析度能精准表达微小反应器内的传热传质特性。提出的方法能提高微小反应器温度测量的信噪比、分辨率和精度,降低热绝缘要求和成本,具有应用价值。

微小反应器中流场测温技术研究

在微小流体反应器中,随着对反应精度要求的逐渐增高,系统中温度精度的控制和测量也变得越来越重要。但由于微小反应器量级和敏感度的特殊性,测温方法除了要求测温范围广、易操作、可重复、具有经济可行性之外,还要求测温过程不对微小流体产生扰动,且具有微米级别分辨率,能测量出流体温度场分布。本文将综述近年来国内外对微小反应器中流场测温技术的发展近况。

微小等离子体反应器的制作及性能测试

设计了基于并行探针驱动的扫描刻蚀加工系统,用于微纳米尺度的刻蚀加工。研究了系统的核心器件-微小等离子体反应器的电学特性和发射光谱特性,以了解反应器中产生的反应等离子体性能的变化规律。基于微机电系统(MEMS)加工工艺制备了中间带有倒金字塔形状微型空腔的金属-绝缘体-金属3层结构的微小等离子体反应器。搭建了可测量等离子体伏安特性和发射光谱特性的实验系统,对放电气体为SF6,工作气压在5～12kPa,直流驱动模式下的微小等离子体反应器的电学和光谱特性进行了测试。实验结果表明,放电电流随着放电电压的增加而近似线性递增,放电电流由5kPa时的2.1～2.82μA递增到12kPa时的3.6～4.2μA,表明所产生的微小等离子体处于异常辉光放电模态。当器件特征尺寸由150μm减小至30μm时,微小等离子体发射光谱中氟原子特征谱线(703.7nm)峰值增大了约56%,表明微小等离子体的浓度随尺度缩小而增强。实验结果表明,设计的微小等离子体反应器基本满足扫描刻蚀加工所需的高浓度等离子体源的性能要求。

微小等离子体反应器的导出机理研究

提出了一种通过空心阴极底部的微孔及外加偏置电场的方法实现微小等离子体导出的机制,并采用二维流体模型对其进行了数值仿真研究。当工作气体为SF6、工作气压为2～9kPa、微孔半径为0.25μm时,F原子最大束流密度在(1.53～5.62)×1014cm-3.s-1之间,SF5+最大束流密度在(2.46～7.83)×1016cm-3.s-1之间。工作气压为5kPa时,样品表面处F的平均能量为3.82eV,散射角在-14°～14°之间;SF5+的平均能量为25eV,散射角为-13°～14°。当偏置电压在10～50V之间变化时,SF5+平均能量在52～58eV之间变化。上述F、SF5+密度满足硅基底材料的有效刻蚀需要,验证了扫描刻蚀加工的可行性。

用于扫描刻蚀加工的微小等离子体反应器的设计和实验

提出了一种新的基于并行探针的扫描等离子体刻蚀加工方法,设计并研制了其中的核心器件——微小等离子体反应器,测量了该器件的伏安特性曲线,分析了其电学性能随工作气压和器件尺寸的变化规律,以及器件损坏的机制,实验结果表明,当放电气体为SF6,工作气压在2 000-6 000 Pa之间变化时,该器件能产生较为稳定的微等离子体,放电电压在390-445 V之间,功率密度在10-150 W/cm2之间,从而为进一步将其应用到扫描硅刻蚀加工提供可能。

新一代生物工艺研发与制造技术及高通量微小型生物反应器

近些年,人们认识到快速反应时间对应对烈性传染病具有至关重要的作用,然而传统工艺和技术无法有效应对。以美国卫生部为代表的机构提出并开始践行新一代工艺研发与生物制造的技术平台,其目的是要极大缩短生物工艺研发和生产的周期,从而快速应对。精准医学的发展对医药研发与生产也提出了产品研发制备周期短、种类增加、数量减少的新要求,需要新一代的研发与生产技术。实现快速研发的核心设备是微小型生物反应器,新一代技术核心包括高通量筛选、高通量工艺研发,一次性技术,模块化及柔性化生产。新一代工艺研发与生物制造技术不仅关系到国家安全、人民生命健康,其作用及影响将辐射到整个生物加工制造领域,社会与经济价值巨大。

利用溅射反转剥离工艺实现微放电器Ni电极图形化

研究了实现微放电器Ni电极图形化的溅射反转剥离工艺,即采用磁控溅射沉积Ni薄膜,利用图像反转法实现金属剥离.以硅为基底分析了转型烘烤和显影等因素对AR-U4030光刻胶反转的作用,研究了Ni膜溅射功率、时间以及超声振洗等条件对剥离的影响.实验表明,剥离Ni膜厚度为200nm时,图形精度可达2μm.最后,利用溅射反转剥离工艺实现了倒金字塔深槽中金属的剥离,简化了微放电器Ni电极的图形化工艺,由此制备的微放电器在SF6等离子体中稳定放电.