铜镍合金微金字塔阵列模具线切割加工工艺研究

目的应用慢走丝线切割加工工艺,加工C71500铜镍合金的微金字塔阵列结构,获得高精度玻璃模压用模具。方法采用单因素工艺实验法研究脉冲宽度、脉冲间隔、走丝速度对加工表面质量及尺寸精度的影响。应用超景深三维显微镜、激光共聚焦显微镜以及电子显微镜对线切割后的微金字塔阵列模具尖点表面粗糙度和圆弧半径进行检测,并对微金字塔阵列模具尖点圆弧半径不均一性现象进行研究,通过综合优化得到最优工艺参数。结果加工后尖点表面粗糙度随脉冲宽度的降低而减小,随脉冲间隙的增大呈先减小后增大的趋势,随走丝速度的增大而减小。尖点圆弧半径随脉冲宽度的降低而减小,随脉冲间隙及走丝速度的增大而减小。经过综合优化,当脉冲宽度为6μs、脉冲间隔为14μs、走丝速度为6m/s时,微金字塔阵列模具尖点获得最低的表面粗糙度(Ra=9nm)和最小的尖点圆弧半径(5.41μm)。相比优化前,表面粗糙度降低60.9%,尖点圆弧半径减小53.0%。加工时电极丝与工件电极接触面积的变化,是导致慢走丝线切割后微金字塔阵列尖点圆弧半径不均一现象的主要原因。结论利用慢走丝线切割加工方法,可以在铜镍合金模具材料上加工出尖点圆弧半径均一的微金字塔阵列结构,同时可获得微米级尺寸精度和纳米级表面粗糙度。研究结果为慢走丝线切割加工铜镍合金微金字塔阵列结构提供了一定的参考。

基于金字塔微结构阵列的超灵敏压力传感器

随着可穿戴电子产品的快速发展,柔性压力传感器因其在健康监测、人机界面和智能机器人方面的应用前景而受到极大的关注。在宽响应范围内的高灵敏度是为各种可穿戴场景制造可靠压力传感器的关键要求。其中以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料的柔性压阻式传感器的发展十分迅速。本文以表面含有金字塔微结构阵列的PDMS作为传感器的基底,通过喷涂法将碳纳米管(CNT)墨水均匀喷涂在PDMS金字塔表面作为灵敏的导电网络,制备了一种具有宽检测范围的超高灵敏度的柔性压力传感器。在0~60 kPa压强范围内,该传感器的灵敏度可达680 kPa-1,并且具有较低的迟滞性、较快的响应时间和恢复时间,以及较好的重复性和稳定性,可以实时监测脉搏的振动;还可以成功监测人体的生理信号和压力分布,显示出在可穿戴设备领域的广阔应用前景。

复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响

采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物,其表面上具有倒金字塔微结构阵列,内部有SCF与CNT共同构成的导电通路.将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器.结果表明,压力作用下传感器内复制物和平整片之间的接触电阻因倒金字塔底棱的形变而显著降低.对使用柔软性较高的复合材料封装的传感器,虽然其相对迟滞稍大,但压力作用下倒金字塔底棱形变量较大,且复制物和平整片内导电通路增加量较大,因此其在0~2.5 kPa的线性区内具有较高的灵敏度(0.32 kPa^(‒1)).制备的2种传感器均具有快速响应特性,且能在500 s(约1580次)的循环压缩/释放测试(峰值压力约3 kPa)中保持较稳定的电阻响应.研究表明,利用模压成型的表面倒金字塔结构复合材料复制物封装成的柔性压力传感器具有良好的传感性能.

聚合物薄膜表面微结构的粉末热辊压成形工艺

利用卷对卷热辊压工艺连续、高效和粉末冶金成形技术精度高的优点,提出了一种在聚合物薄膜表面制备微结构粉末的热辊压成形工艺方法,构建了聚合物薄膜表面微结构粉末热辊压成形工艺试验系统并进行了粉末热辊压成形工艺试验,通过单因素试验研究了工艺参数(模具温度、辊压速度和辊压力)对成形质量的影响规律.结果表明,采用模具温度130~145℃,辊压速度0.2~0.8m/min和辊压力250~500N的粉末热辊压成形工艺参数,能够得到聚合物粉末充型完整的微金字塔阵列结构.

基于双层微结构电极的柔性电容式压力传感器

为了研究电容式传感器电极表面有微结构对自身灵敏度的影响,设计了一种基于双层微结构电极的电容式压力传感器,其以表面溅射有导电金属的带有金字塔微结构的PDMS薄膜作为上下层电极。该方法设计的传感器能够明显地提高传感器的性能,灵敏度可达0.34 kPa-1,是无微结构电极传感器灵敏度的17倍,具有低的检测极限(最低为20 Pa)、较快的响应时间(200 ms)和可靠的重复性。实验表明,该传感器能够实时快速地的检测外部压力的变化。