Ga液滴沉积量对GaAs/GaAs(001)同心量子双环形貌的影响

通过液滴外延法制备了GaAs/GaAs(001)同心量子双环(Concentric Quantum Double Rings,CQDRs),研究了Ga液滴沉积量对CQDRs的影响.研究结果发现:随着Ga液滴沉积量的增加,CQDRs密度降低,内环高度增高,外环高度降低,中心孔洞深度增加.CQDRs内环拟合结果表明,Ga液滴沉积量少于0.92ML(Monolayer,ML)时无法成环;外环拟合结果显示,在本实验条件下,形成外环的最小Ga液滴沉积量为3.1ML.拟合结果与实验结果一致,相关研究结果对液滴外延法制备GaAs同心量子双环具有指导意义.

电流体喷印脉冲电压参数配置对沉积液滴体积的影响

为了精准控制电流体喷印液滴的最小体积并提高电流体喷印加工的分辨率,研究了电流体喷印的脉冲电压参数配置规律。首先,基于流体力学和电动力学基本原理,分析了喷印过程中泰勒锥的受力情况,并基于此建立了锥射流的体积分数仿真模型,探究了初始脉冲电压参数窗口。然后,搭建了电流体喷印平台,通过实验分析发现沉积液滴体积随脉冲电压幅值增大而减小,随脉冲频率的变化不明显,随着脉冲占空比增大,液滴体积先增大后减小。对比了参数配置前后液滴阵列的沉积液滴体积,参数配置前沉积液滴体积为40.89~45.25 nL,参数配置后平均液滴沉积体积为39.54 nL,验证了脉冲电压参数配置规律的有效性,可为节约生产过程中的材料和人工成本,进一步提高微纳电子产品的使用寿命提供参考。

液滴沉积制备图案化纳米粒子薄膜

液滴沉积是基于溶液法制备图案化表面的重要过程,是喷墨打印技术的核心步骤,广泛应用于制备光电薄膜器件.液滴沉积是极其复杂的动态过程,包括液滴的铺展、退浸润和干燥等过程,受蒸发环境、液滴性质、基底浸润性等多种因素影响.通常情况下,液滴沉积可得到多种不同形貌的沉积图案,其均匀性普遍较差,直接影响了图案化表面的光电性能.本文以含有非挥发性纳米粒子的溶液为研究体系,系统综述了液滴的三种蒸发模式和促进粒子沉积的对流竞争机制,总结了常见的不均匀沉积图案类型,如咖啡环状、多环状、山状和一些不规则图案.在此基础上,介绍了近年来实现纳米粒子均匀沉积的三种典型策略,以及基于液滴沉积制备的图案化表面在光电子器件方面的应用,并提出了目前液滴沉积制备图案化纳米粒子薄膜的研究方向.该综述对功能纳米材料的图案化和溶液法精密制造光电子器件具有重要意义.

柔性电子喷印制造液滴沉积控制研究综述

喷墨打印技术在柔性电子制备中得到了广泛应用,液滴精确沉积控制是实现高效率、高精度、高分辨率图案化控制的关键.基于单液滴沉积理论,分析了液滴飞行速度、黏度、几何尺寸、基板粗糙度与疏水特性等多种参数对铺展的影响;总结了流体体积(volume of fluid,VOF)、格子玻尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)、多体耗散粒子动力学(many-body dissipative particle dynamics,MDPD)等不同尺度液滴沉积问题的数值模拟方法与开展液滴沉积研究的实验方法.介绍了多液滴沉积融合机理以及通过喷墨打印制备点、线、膜结构的方法,针对液滴精确沉积定位问题,还分析了通过控制基板润湿性梯度、气流辅助、静电聚焦等方法,最后展望了喷墨打印的工程化应用及其研究和应用前景.

随机粗糙表面上剪切变稀流体液滴的沉积过程模拟

采用计算流体力学相场方法模拟了单个剪切变稀非牛顿流体液滴在随机粗糙表面的沉积过程,并分析揭示了随机粗糙表面形貌对液滴运动状态及平衡状态的影响。结果表明,在指定的相同操作条件下,即使在光滑表面,剪切变稀流体液滴比牛顿流体液滴铺展更大且回缩至平衡所需时间更少,不存在二次铺展;剪切变稀流体液滴最大铺展直径随均方根粗糙度Rr与Wenzel粗糙度Wr的增加而略有增加。Wr相同时,随着Rr增大,液滴最终铺展系数减小,高度系数增大,平衡接触面积及接触角有所减小。在Rr相同情况下,随着Wr增大,液滴达到平衡所需时间缩短,平衡接触面积线性增大。

假塑性流体液滴撞击壁面上的铺展的格子Boltzmann模拟

流体液滴在壁面上的铺展与沉积在工业应用中存在广泛应用,研究非牛顿流体特性对液滴铺展的影响具有重要的实际意义。基于相场法建立了非牛顿幂律流体与牛顿流体的两相流格子Boltzmann模型,引入包括接触角影响的边界条件,模拟了假塑性流体在幂律指数(n)0.5～1.0以及韦伯数(We)5～45时液滴撞击壁面的铺展过程。结果表明:相对于牛顿流体,幂律流体的非牛顿特性会抑制液滴的铺展,且n越小,越有利于液滴沉积。此外,韦伯数越大,液滴越快地达到稳定。

四旋翼轴距对喷雾雾滴沉积特性的影响

为研究旋翼轴距变化对喷施雾滴沉积的影响,以四旋翼无人机为对象,建立了四旋翼喷雾沉降仿真模型,并进行风速试验验证计算模型正确性。通过改变四旋翼的轴距,分别研究了不同旋翼距径比下旋翼气流的聚合流动变化;通过引入离散相喷雾模型,对不同距径比的四旋翼风场中的雾滴沉积及其粒径分布进行分析,以探究四旋翼轴距对雾滴沉积特性的影响。模拟结果表明:旋翼气流对雾滴产生下压作用,从而促进了雾滴的沉降,提高了雾滴的抗漂移能力;当旋翼轴距变小时,旋翼间下洗气流会发生聚合流动,轴距越小,气流聚合程度越高,带动雾滴沉积且增大了雾滴对前飞来流的抵抗能力;下洗气流聚合现象对小粒径雾滴的沉积有促进作用。

风幕式气力辅助静电喷雾沉积特性

针对传统农业施药过程中雾滴漂移量大和雾滴冠层穿透力不足的问题,以风幕式气力辅助喷雾系统为研究对象,采用称重平面沉积量方法,研究了风幕式气力辅助下荷电喷雾和非荷电喷雾在不同高度面上的沉积规律,以及不同风幕风速影响下荷电喷雾和非荷电喷雾的沉积特性,分析了风幕射流流场对喷雾液滴沉积分布的影响。研究表明:风幕式气力辅助有效减少了液滴的横向扩散,使喷雾沉积集中在靠近喷雾中心的狭窄区域,有效抑制雾滴漂移;风幕流场加强喷雾流场的扰动,使非荷电喷雾和荷电喷雾沿喷杆轴向沉积都更加均匀。气体射流增加了液滴的动量,射流速度越大风幕对喷雾沉积分布影响越大。

基于神经网络整定的PID控制变量施药系统设计与试验

针对常规的大田喷雾装备的定量施药方式,在机具行进方向上农药雾滴分布不均导致农药有效利用率低的问题,设计了一种基于神经网络整定的PID控制变量施药系统。该系统采用多传感器实时监测车速、流量、压力等信息,并以此作为控制依据,运用神经网络自学习能力修正PID参数,精准调控药液回流量,解决了现有变量施药控制算法存在的超调量较大、稳态误差较大、响应时间较长等问题,实现了大田单位面积内施药量恒定的目标。为验证本系统算法对精准变量施药的优越性,在Simulink平台下对常规PID、模糊PID和神经网络PID控制方式进行建模仿真,结果表明,神经网络PID控制在上升时间、超调量和稳态误差方面均优于其他两种控制方式。田间试验表明,在不同车速下,液滴沉积数量标准差均小于1.4个/cm^2;在不同施药量、车速随意变化的情况下,机具纵向均匀度变异系数均小于6%;车速在4~11 km/h范围内随机变化时,系统平均调节时间为0.72 s,平均超调量为2.1%,实际施药量与理论值相差1.3%。

喷墨打印有机电致发光器件成膜优化研究进展

有机电致发光器件(OLEDs)具有低能耗、高效率、高色域等优点,在当前的显示行业中展现出巨大的应用前景。在当前的市场上,主要是通过蒸镀的方式来制造有机发光显示器件。在OLEDs各种制备技术中,喷墨打印相对于目前主流的蒸镀方式,可以有效提高材料利用率,减小资源浪费,然而,在利用喷墨打印制备优质薄膜的实际操作过程中,研究人员发现在薄膜表面经常会出现“咖啡环”效应这种成膜缺陷,这种缺陷的存在不仅影响了膜层质量和器件的性能,同时也在某种程度上制约了喷墨打印技术的进一步发展。通过对喷墨打印技术成膜的一系列相关工作进行整理,总结并分析了喷墨打印成膜缺陷——“咖啡环”的形成原因,并归纳了目前已被证实的可以提高成膜质量的相应策略。针对“咖啡环”现象的主要形成原因,我们主要从抑制液滴内部的毛细流动、增大向内的Marangoni流和控制三相线滑移这三个角度对以往的研究工作进行了分析概括。通过分析总结,发现主要是通过三种途径来达到抑制毛细流动的目的:首先是增加毛细流动阻力,其次还可以调整溶液的蒸发条件,此外依靠粒子间的相互作用也可以达到抑制毛细流动的目的;同时,现在有两种主流的方法来增大向内的Marangoni流,一种是通过改变溶剂组成从而改变液滴表面张力达到优化Marangoni流的目的,另外一种是通过添加表面活性剂来增大Marangoni流;对于控制三相线滑移,通过对以往研究的分析,总结了三种方法,一种是使用电润湿法处理液滴,一种是改变粒子与基板之间的粘滞效应,还有一种是通过对基板进行表面处理来控制三相线滑移。最终,基于以上的一系列优化和改进,在研究人员的不断努力下,目前基本已经可以实现喷墨打印薄膜的均匀调控。

SnO_2纳米颗粒气体传感器在CO_2气体检测中的应用

将有机金属先驱体[Sn(N(CH3)2)2]2在适当的条件下热解,制备了尺寸分布集中的SnO2纳米颗粒。然后,在气体传感器的多晶硅层上原位沉积纳米颗粒悬浮液得到纳米颗粒多孔薄膜传感层,并探索了SnO2纳米颗粒传感器原位掺杂Mg,K,Ba元素,检测气体传感器在不同CO2体积分数下的敏感性。结果表明:此方法制得的传感器对CO2气体敏感性不佳,尚需进一步研究掺杂元素和掺杂工艺。

涂层表面形貌形成过程模拟与分析

表面涂层形貌形成过程的定量描述对涂层质量控制效果的提升至关重要,建立了集成蒙特卡罗(Monte Carlo)和计算流体力学(CFD)的混合方法模拟复杂的海量液滴沉积成液膜及其随后的流平过程,并系统研究油漆液滴平均直径、黏度、密度以及表面张力对涂层表面粗糙度、流平速度以及流平时间的影响。模拟结果表明,油漆液滴平均直径增大,涂层初始表面粗糙度增大,流平速度减小,流平时间延长;黏度增大,涂层的初始和最终表面粗糙度增大,流平速度减小,流平时间延长;密度减小,涂层初始表面粗糙度增大,初始流平速度增大,流平时间稍微缩短,对最终表面粗糙度影响不大;表面张力增大,涂层流平速度增大,流平时间缩短,对涂层最终表面粗糙度影响很小。

仿生纤毛微流量传感器及其制备方法

针对微流体流量测量难度大且精度不高的问题,本文基于压阻原理设计了一种悬臂梁结构的仿生纤毛微流量传感器。本文首先对比分析了现有热线式、压电式和压阻式微流量传感器的优缺点,基于压阻式传感器的应变与阻值之间呈现线性关系的优点,选择压阻应变原理设计微流量传感器;其次,通过有限元数值分析方法确定了微流量传感器最佳仿生纤毛的阵列规模、直径、高度和悬臂梁长度等参数;然后,采用微液滴限制电沉积(Meniscus Confined Electrodeposition,MCED)方法制备了仿生纤毛阵列,并制作了微流量传感器;最后,通过自主设计的实验装置进行验证,结果表明,该传感器可以对大于0.4 m/s的微流速进行灵敏感应并准确测量,且传感器对流体流速测量的非线性误差为2.84%。该仿生纤毛应变式流量传感器在微流量测量领域具有广泛的应用前景。

喷墨打印中“咖啡环”效应的调控及应用

喷墨打印是一种将功能材料进行图案化沉积的手段,具有方法简便、成本低廉、灵活快速等优点,成为了最具前景的图案化方法之一,在功能器件研究应用领域受到了广泛关注。"咖啡环"效应是喷墨打印过程中一种常见的现象,它会导致功能材料的不均匀沉积,影响打印图案的分辨率以及所制备功能器件的性能。因此,"咖啡环"效应的研究对于喷墨打印图案精度及功能器件性能极为重要。本文综述了近年来液滴蒸发过程中"咖啡环"效应的研究进展,阐述了"咖啡环"效应的产生机理及抑制"咖啡环"效应的方法,并进一步介绍了抑制或利用"咖啡环"效应在喷墨打印制备高性能器件,如高质量光子晶体图案、高灵敏度传感器、半导体薄膜、透明导电膜、短沟道晶体管等方面的应用。最后,探讨了目前"咖啡环"效应在喷墨打印应用中仍需解决的问题,展望了调控喷墨打印过程中"咖啡环"效应与纳米材料相结合的广阔研究应用空间。这些工作将会对功能材料图案化、高性能器件制备及3D打印等具有重要意义。

一种基于扫描探针的微纳结构原位在线读写方法

基于扫描探针的弯月形液滴限制电化学沉积方法(Meniscus confined electrochemical deposition,MCED)能够在微纳尺度进行结构制造和表面修饰,近年来受到了众多研究者的广泛关注。然而,在三维微纳结构制造(“写”)过程中,无法在线原位检测(“读”)加工结构形貌,导致其应用受到一定的限制。本研究对比分析了MCED微纳制造方法和扫描电化学池显微镜检测方法(Scanning electrochemical cell microscopy,SECCM)在系统物理配置和原理上的异同;提出SECCM交流调制模式对采用MCED方法制造的微纳结构进行在线原位成像,通过对比SECCM直流和交流模式的检测结果,发现交流模式能够有效克服直流模式对样本表面造成损伤的缺点,且抗干扰能力明显提高,成像图像的MSE降低了27.85%。对比扫描电子显微镜成像结果,验证了交流扫描模式能够较好的对样本进行在线原位成像,增加了MCED试验操作的在线可观测性和操作的准确性。因此,该方法使得在线MCED微纳操作可视、续接、定点修饰等功能成为可能,对扩宽MCED在微纳领域的应用具有重要意义。