钨极高压微电弧温度模型的建立与验证

为提高一体式微球形钨探针的制备成功率,对制备过程中高压微电弧进行了研究。建立了钨极高压微电弧的多物理场耦合仿真模型以计算电极间距在0.5~2.0 mm、电压在1~12 kV时的电弧温度分布;然后对仿真结果进行最小二乘拟合,进而得到了电弧温度与放电参数之间的数学模型;最后,基于Boltzmann作图法搭建了光谱测温系统,并对数学模型进行了验证。研究结果表明:电弧呈椭球形分布,近阳极区存在高温屏障,阳极温度远低于阴极温度;电弧温度与电压、电极间距之间均为类抛物线性关系;模型计算结果与实验结果的平均相对误差为3.3%。该模型可用于计算电弧温度,从而实现钨探针的可控制备。

面向MEMS质谱仪离子源的场发射针尖阵列研制及性能

针对微电子机械系统(MEMS)质谱仪应用中对高工作气压和高电子电流的需求,同时保持MEMS技术在体积和质量上的优势,研制了一种用于MEMS质谱仪离子源的基于场发射原理的针尖阵列。通过MEMS加工技术实现了最大44个/mm^(2)的针尖密度,并在4和6英寸(1英寸=2.54 cm)的硅基晶圆上完成平行批量制造。实验结果显示,1600个针尖组成的阵列在3.4×10^(-3)Pa气压下最大发射电流达到1.28 mA,在23.71 Pa的气压下达到92.93μA,同时单片集成结构使其具备与永磁体结合的放电增强能力,磁场下针尖阵列的最大放电电流提升175.79%。初步的测试结果证实了场发射针尖阵列作为离子源在MEMS质谱仪中的应用潜力。

微型贯入试验与无侧限抗压强度试验结果的对比

本文探讨了探头锥尖角度和探头直径对微型贯入试验结果的影响及微型贯入试验结果与无侧限抗压强度试验结果的相关性。结果表明,探头锥尖角度和直径对贯入曲线性状没有影响,即贯入阻力随贯入深度线性增加,达到某一贯入深度时贯入曲线出现拐点,之后贯入阻力趋于稳定,定义此时的比贯入阻力为贯入强度。探头锥尖角度越大,达到贯入曲线拐点前贯入阻力随贯入深度增长越快;贯入强度随探头锥尖角度的增加先减小后增大,当锥尖角度为60°时贯入强度最小,锥尖角度为30°、90°和180°时的贯入强度与锥尖角度为60°时贯入强度的关系呈线性关系;探头直径对比贯入曲线的影响可忽略不计,但随着探头直径的增大,贯入强度呈线性减小趋势,探头直径3.4 mm的贯入强度比7.0 mm的贯入强度增大2.5%,比10.0 mm的贯入强度增大5.0%;可用贯入曲线拐点前直线段斜率换算无侧限抗压强度,也可利用贯入强度换算无侧限抗压强度;水泥土强度的形成条件对贯入曲线拐点前直线段斜率及贯入强度与无侧限抗压强度之间的关系没有明显影响。

定常微量喷气提高轴流压气机稳定工作裕度机理探讨

顶部喷气是提高压气机稳定工作裕度的有效方式之一。文中设计了一种新型的喷嘴结构,利用高速单级轴流压气机试验台,研究了定常微量喷气对压气机性能和稳定工作裕度的影响。试验结果表明:在53%设计转速下,占压气机设计流量0.064%的喷气量可以使得压气机的失速裕度提高7.69%。同时,对带定常微量喷气的压气机转子内部流动进行了时间精确的非定常数值模拟,对比分析了喷气前后转子顶部区域不同的流动结构。将顶部间隙泄漏涡轨迹向压气机转子尾缘推移,抑制来流/顶部间隙泄漏流交接面向转子叶片前缘移动是定常微量喷气提高压气机失速裕度的主要机理。

光纤石英玻璃基板微V槽阵列的精密磨削

针对脆性石英玻璃的微加工,利用自主研发的金刚石砂轮微尖端修整工艺,研发了光纤阵列石英玻璃微V槽磨削技术。分析了60°的微V槽形状偏差对光纤耦合损耗的影响,然后,研究了砂轮微尖端的误差补偿修整工艺。最后,实验分析了微V槽的磨削精度。理论分析显示:微V槽角度、间距和宽度的偏差分别控制在±0.42°、±1.04μm和±1.2μm以内时,耦合损耗小于0.5dB。实验结果表明:开发的数控磨削工艺可加工高精度的60°微V槽阵列;采用数控轨迹和角度补偿修整后,砂轮微尖端半径可平均达到10.46μm,角度精度为(60±0.22)°;对石英玻璃进行微磨削后,微V槽的角度偏差达到0.4°,尖端半径为10.5μm,宽度偏差为0.3μm,间距偏差为0.5μm,可保证光纤阵列的精密对接。

基于AFM的微结构加工实验研究

本文建立了微动工作台和原子力显微镜相结合的微加工系统 ,在该系统上采用金刚石针尖进行微加工实验 ,与SPM系统本身的刻划软件刻划出的图形进行了比较分析 ,得出这个系统适合微结构的加工 ;并给出了采用该方法加工的圆面及多边形面微结构 ;

金刚石砂轮V形尖端的数控对磨微细修整技术

针对金刚石砂轮V形尖端的微细修整困难的问题,开发出一种对磨成型的V形尖端修整技术。在数控修整中,砂轮作V形的直线插补运动与修整工具对磨,逐渐被修整成V形尖端。本实验中修整工具分别是#600和#180绿碳化硅(GC)油石,砂轮分别为SD 400和SD 600金刚石砂轮。实验结果表明,较细粒度的修整工具不仅可以将砂轮V形尖端修整出更小的圆弧半径,而且也能够将微小磨粒修锐得更锋利,从而使加工的单晶硅微沟槽形状更加整齐。此外,采用修整后的圆弧半径小于20μm的SD 600金刚石砂轮V形尖端可以实现光纤石英微阵列沟槽的微细加工,也可以在SiC陶瓷和WC合金基板上加工出微锥塔阵列空间的功能表面。因此,数控对磨在位修整的工艺可以用于金刚石砂轮V形尖端的微细修整,实现硬脆性基板的微细磨削加工。

叉排微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响

以去离子水为工质,实验研究了直径为500μm、高度为500μm以叉排排列的微柱群内顶部缝隙对传热效率的影响规律。采用电加热棒进行加热,测量微柱群板Reynolds数在8～400之间在不同顶部缝隙时的进出口温度与流量,获得微柱群内流动阻力系数及Nusselt数,进而掌握微柱群内传热效率与Re关系。研究结果表明,在较低Re时,顶部缝隙对微柱群内流动阻力和Nu影响较小;随着Re增加,其对流动阻力与Nu的影响越来越显著。微柱群传热效率一开始随着Re增加而快速增加,随着Re进一步增加,其传热效率开始缓慢增加甚至出现下降。根据实验结果,尽管微柱群顶部缝隙存在降低了其内Nu,但提高了微柱群的传热效率。

电化学湿法腐蚀法制备硅微柱阵列

采用TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide)腐蚀液在P(100)硅片上制备倒棱台,进而采用电化学湿法刻蚀法制备具有微柱结构的阵列器件。借鉴N型多孔硅的形成理论,提出了微柱的形成模型,分析了微柱的形成条件,并对其主要的几何结构参数之间的关系进行了探讨。结果表明微柱的形成与倒棱台的结构参数、孔的结构参数以及空间电荷区等因素相关。倒棱台的底面尺寸决定了微柱的结构,且倒棱台开口的大小需要大于平均孔径。微柱直径始终小于2倍的空间电荷区宽度。微柱内载流子的耗尽是微柱未被刻蚀的主要原因。

用于场致发射电推力器的微发射针制造技术

通过对场致发射电推力器的微针尖成形机理的分析以及多次电化学腐蚀实验,研究了溶液浓度、浸润深度、腐蚀电压等因素对发射极针尖尺寸的影响,最后得出了电化学腐蚀加工发射针的最优化加工参数.在KOH溶液浓度为5 mol/L、浸润深度为2 mm、腐蚀电压为6 V等优化工艺参数下制作出发射针,并利用交流电粗化处理制作出了符合场致发射电推力器应用的发射极针尖.

SiO_2对聚氨酯杂化膜微孔结构及性能的影响

用热致相分离法制备了PU/SiO2杂化膜,研究了不同SiO2及其用量对PU/SiO2/溶剂体系微孔膜微孔结构的影响,并测试了膜的水通量。结果表明:具有不同结构的SiO2能够提高溶剂二氧六环的结晶温度,即冷却速率加快,使微孔膜的微孔尺寸细化,同时使微量水的结晶温度也有所不同,水的冻结温度与孔尺寸的大小直接相关。在冷却速率较快的体系中,形成的微孔尺寸较小,因此其水的冻结温度较低;而冷却速率较慢,形成的微孔尺寸较大,因此其水的冻结温度较高。SiO2的结构将影响与PU之间界面成孔的形态不同,SiO2的粒径越小,其与PU膜接触面积加大,增加了膜孔的连通性,使PU膜的水通量增大。

微纳电离式矿井甲烷传感器安全放电及敏感机理仿真

矿井环境下甲烷检测对瓦斯灾害的防控至关重要。微纳结构电离式传感器有响应快、易集成等特点,有望实现甲烷的快速准确检测。目前该传感器内部机理尚不完备,缺少对甲烷放电安全特性的理论及参数指导。对此,采用流体-化学动力学混合方法,仿真研究甲烷-氮气混合气体在纳米尖端微米级间隙的放电动态过程。通过计算空间电荷引起的电场畸变程度,分析甲烷无火花放电的关键参数,并基于带电子输运过程阐明甲烷安全放电机理;分析正离子成分、电子能量随甲烷浓度的演化过程,最终建立器件宏观电特性与甲烷电离效应的联系,完善微纳电离式器件的敏感机理,并分析其敏感性能。该研究为制备矿用电离式甲烷传感器奠定了理论基础。

基于原子力显微镜的纳米加工研究

以原子力显微镜(AFM)作为加工工具对单晶硅进行了基于金刚石针尖的纳米加工试验，运用不同的方法对纳米加工区域的特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征进行了系统的研究和分析，提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上，应用有限元法对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的接触作用机制进行了计算仿真。

木薯微茎尖离体培养

以木薯华南5号（SC5）和华南8号（SC8）微茎尖为外植体，通过比较试验，对微茎尖的长度、初始培养基、继代增殖和生根培养基进行筛选。结果表明：将长度为0.4～0．5mm的木薯微茎尖外植体接种于初代培养基MS＋6-BA0．01mg／L＋NAAO．02mg／L＋GA31．0mg／L上培养30d后，SC5和SC8成活率均达60．0％以上；初代培养的小苗在继代和生根培养基MS＋NAA 0．02mg/L上培养35d后，SC5和SC8增值系数均达4．0以上，生根率达100％。建立了SC5和SC8木薯微茎尖离体培养技术体系，为下一步木薯脱毒培养奠定基础。

超微涡轮动叶栅叶顶间隙对流场影响的数值模拟

通过数值求解基于雷诺时均的三维定常粘性N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型和非平衡壁面函数,对一种超微型向心涡轮动叶栅内的流动情况进行了数值模拟。揭示了具有极低展弦比动叶栅叶顶间隙对流场参数分布和气动损失的影响,为超微涡轮的设计和改进提供了理论依据。模拟结果表明,叶顶间隙的大小对通道内马赫数分布有重要影响,其中顶部间隙射流所引发的泄漏涡与主流的掺混是主流马赫数降低的重要原因;叶顶间隙的存在使得总压损失系数均匀化,即近壁区和主流区的总压损失都较高;动叶栅在叶展方向上的载荷分布均匀,弦向载荷主要由接近尾缘的弧段承担;模拟中还解析出三维的尾迹涡,这主要是动叶栅尾缘过厚所导致,应进行叶型改进。

利用柑橘茎段诱导不定芽改进微芽嫁接技术的研究

试验以成年态纽荷尔脐橙茎段为外植体,诱导产生不定芽改进微芽嫁接成活率与脱毒率．结果表明:半木质化茎段作为培养外植体污染率最低,不定芽诱导的最佳培养基为MT++6-BA 1．0 mg/L+NAA 0．2 mg/L+GA_3 0．2 mg/L．将诱导的嫩芽进行微芽嫁接,成活率超过80．8%,对照成活率为61．3%,聚合酶链式反应(PCR)检测脱毒率达100%．

基于微孔电解加工的新型阴极结构

为了提高工件材料蚀除的定域性,对裸阴极、侧壁绝缘阴极和缩进阴极进行了研究.以阴阳两极间电解液为研究对象,建立电场模型,通过数值模拟获得加工间隙中电位和电流密度分布,研究阴极结构对微孔进口形状精度的影响.根据模拟结果,分析缩进阴极电解加工微孔时,工艺参数对加工精度和加工效率的影响,优选最佳工艺参数.结果表明,采用优选参数缩进深度50μm,加工电压5V,进给速度3μm/s,能获得良好的加工精度.

一种新型真空微电子压力传感器的研制

采用各向异性腐蚀与各向同性腐蚀相结合的技术和特殊的硅 -硅键合技术 ,成功地研制出了一种新型真空微电子压力传感器。测试分析结果表明 ,该传感器反向击穿电压达到 1 0 0 V;在加 3V正向电压时 ,其单个锥尖发射电流为 0 .2 n A;在 2 5～ 1 0 0 g的压力范围内与输出电压呈线性关系 ,灵敏度为 0 .

利用AFM探针机械刻划方法加工微纳米结构

为了探索在纳米尺度加工微纳米结构,MEMS/NEMS器件的新的加工方法,采用基于AFM改造的微加工系统,研究了探针机械刻划机理,分析了工作台的定位精度,AFM的工作模式,探针形状等因素的影响.以复杂字体“哈工大”为例说明了微纳米结构轮廓坐标的获得,并加工了实例.同时还给出了齿轮形状,各种复杂二维结构的加工实例.结果表明采用AFM探针机械刻划技术可以应用在微纳米尺度结构的加工领域.

一种形状可控的高韧性碳纤维微电极的制备、表征及其在细胞分泌检测中的应用

本文报道利用微量移液枪头制备碳纤维微电极。扫描电镜结果表明:该法不仅可得到密封效果良好、截面光滑的微盘或微柱电极,而且电极的高韧性的特点能够保证其在使用过程中不易被折断。电极的伏安响应及单细胞测定实验进一步表明,该电极电化学性能优良,噪声低、响应快速、灵敏度高,能满足单细胞检测及其它微环境分析的要求。