90°转角微流道内导流板应用特性数值研究

改善转角微流道内流体的二次流特性对提高微流体传输的可靠性具有重要意义。针对90°转角矩形截面微流道,本文提出在微流道转角处增加导流板来实现该区域二次流的主动调节和控制。本文设计了圆弧型和弧—直组合型两种导流板结构,建立了五种不同结构微流道模型,开展了流场对称性和Dean涡分析,流体相对横向动能ksec和流道局部阻力系数ζ90°计算。结果表明,导流板结构能有效改善微流道转角区的流场对称性,加速Dean涡的消失,降低二次流强度,同时也会引起流体流动局部阻力系数有所增加。

可见光脉冲输入下微通道板光电倍增管的动态范围研究

结合理论分析与实验测试,研究了在可见光脉冲输入条件下频率以及第二片微通道板与阳极之间电势差对微通道板光电倍增管动态范围的影响。研究结果表明:随着信号光脉冲频率的增大,微通道板壁面电荷补充不充分致使阳极输出偏离线性,并逐渐趋于饱和。当输入可见光脉冲宽度为50 ns,频率为500 Hz时,阳极的最大线性输出达到2 V(即40 mA);当输入光频率增加到1000 Hz,阳极输出在1 V(即20 mA)时线性偏离程度达到10%以上;当输入光频率增加到5000 Hz,阳极输出在0.3 V(即6 mA)时线性偏离程度达到约15%。随着第二片微通道板与阳极之间电势差的增大,阳极最大线性输出电压呈现波动性变化而非与其呈线性关系。当第二片微通道板与阳极之间的电势差在200 V左右时,阳极线性输出电压达到峰值,随着电势差不断增大,阳极线性输出电压开始出现波动,在电势差为500 V左右时达到第二个峰值,这主要是由于极板间电场强度与空间电荷效应共同作用的结果。该研究可为提升微通道板光电倍增管的动态范围提供指导,便于其应用于强辐射脉冲测量、激光通信等领域。

原子层沉积钌/氧化铝复合纳米薄膜的制备与电阻调控

目的针对目前微通道板(MCP)导电层电阻可调范围窄、性能稳定性差等问题,提出一种新的MCP导电层的制备方法。方法应用原子层沉积(ALD)工艺在硅片上沉积不同厚度的Al_(2)O_(3)和Ru薄膜,以获得较优的纳米薄膜制备工艺参数,应用扫描电子显微镜(SEM)得到薄膜的截面厚度及成膜质量,应用能量色散X射线光谱(EDS)表征了薄膜的元素组成。基于获得的优选工艺参数,在MCP基板上应用ALD工艺交替沉积Al_(2)O_(3)和Ru 2种材料,并且改变Ru与Al_(2)O_(3)的ALD循环比例,制备了一系列Ru/Al_(2)O_(3)复合纳米薄膜作为MCP导电层。对制备的一系列MCP导电层进行体电阻测试,并在不同偏压下进行体电阻稳定性测试。结果由SEM与EDS结果可知,利用ALD制备的Al_(2)O_(3)和Ru纳米薄膜成膜特性良好,且薄膜沉积速率稳定。对于镀覆于MCP内表面的Ru/Al_(2)O_(3)导电层,体电阻测试结果显示,随着复合薄膜中Ru的ALD循环次数增加,MCP体电阻明显降低,适用于MCP导电层制备的工艺参数为:Ru的ALD循环数为28~40,Al_(2)O_(3)的ALD循环数为10。在导电层制备过程中延长吹扫时间并在烘烤后随炉冷却,MCP导电层体电阻在不同偏压下具有良好的稳定性。结论利用ALD制备Ru/Al_(2)O_(3)复合纳米薄膜作为MCP导电层,实现了体电阻从几至几百兆欧的调控,工艺优化后的导电层体电阻具有良好的稳定性,对扩展导电层可选材料范围,提升MCP器件性能具有工程应用价值。

平行板微通道中一类不可压缩微极性流体在高Zeta势下的时间周期电渗流

在高Zeta势下,研究平行板微通道中一类不可压缩微极性流体的时间周期电渗流.在不使用DebyeHüickel线性近似条件下,利用有限差分法数值求解非线性Poisson-Boltzmann方程和不可压缩微极性流体的连续性方程、动量方程、角动量方程及本构方程,在低Zeta势下将所得结果与使用Debye-Hückel线性近似得到的解析解比较,证明本文数值方法是可行的;讨论高Zeta势下电动宽度m、电振荡频率Ω、微极性参数k1等无量纲参数对不可压缩微极性流体的速度和微旋转效应的影响.研究表明:1)随着Zeta势的增大,微极性流体的速度、微旋转、体积流量、微旋强度以及剪切应力增大,说明与低Zeta势相比,高Zeta势对微极性流体电渗流有显著的促进作用.2)在高Zeta势下,随着微极性参数的增大,微极性流体的速度减小,但是对微旋转效应呈现先增强后减弱的趋势.3)在高Zeta势下,当电振荡频率较低(小于1)时,电动宽度的增大促进微极性流体的流动,但抑制其微旋转;当电振荡频率较高(大于1)时,电动宽度的增大抑制微极性流体的流动及微旋转,但促进体积流量快速增大并趋于恒定.4)在高Zeta势下,当电振荡频率较低(小于1)时,微极性流体电渗流速度和微旋转随着电振荡频率的变化呈现明显的振荡变化趋势,但是速度和微旋转的峰值、体积流量及微旋强度均保持不变;当电振荡频率较高(大于1)时,随着电振荡频率的增大,微极性流体电渗流速度和微旋转的幅值减小,体积流量及微旋强度减小直至趋于零.5)在高Zeta势下,壁面剪切应力σ21及σ12的幅值随电动宽度的增大而增大;当电振荡频率较低(小于1)时,壁面剪切应力σ21与σ12不随电振荡频率的增大而变化,均取恒定值,且微极性参数的取值不影响壁面剪切应力σ21的幅值;当电振荡频率较高(大于1)时,壁面剪切应力σ21及σ12的幅值随电振荡频率的增大而减小,且壁面剪切应力σ21的幅值随着微极性参数的增大而减小,而壁面剪切应力σ12的振幅随着微极性参数的增大而线性减小.

液化天然气气化用低温印刷板式热交换器换热面积计算分析

针对液化天然气(LNG)气化用低温印刷板式热交换器在LNG气化流程中用于蒸发气冷却和LNG气化功能的换热模块,根据工况工艺参数进行印刷板式热交换器传热计算,并与换热芯体应力有限元分析结合,增加有限元分析结果与传热复核计算结果相互验证,保证了印刷板式热交换器换热面积的合理性,能够覆盖设计工况的工艺参数要求,并可满足换热模型计算要求和分析设计标准规范要求,创新了印刷板式热交换器结构设计思路。

脉冲电流对超薄316L板微流道成形精度的影响

目的研究在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,将脉冲电流单独作用于保压阶段、冲压阶段以及作用于整个冲压过程(冲压阶段+保压阶段)3种通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响。方法以316L不锈钢薄板作为实验材料,调节流经样品的电流参数,分别为0、10、20、30 A,分析脉冲电流参数和通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响规律。结果在高电参数下,当采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2时,在保压阶段可促进应力松弛,具有最佳的回弹抑制效果,其成形深度回弹可减小73.88%。在不同电参数下,3种成形方式对双极板流道壁厚分布具有相似的影响。槽顶和槽底的壁厚减薄相对较小,减薄量为原板材厚度的2%~6%;流道直壁壁厚减薄为原板厚度的9%~15%;而外圆角和内圆角区域的壁厚减薄较大,达到27%~30%。结论在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,以不同方式施加脉冲电流,均可以显著提升流道深度,对壁厚影响并无明显差别。特别地,采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2可以显著提升对流道回弹的抑制效果。

非溶剂组分对有机载膜及防离子反馈MCP性能的影响

有机载膜作为制备Al_(2)O_(3)防离子反馈膜的临时衬底,其膜层致密性及厚度显著影响Al_(2)O_(3)膜的致密性、电子透过性和防离子反馈微通道板(microchannel plate,MCP)的电特性。将非溶剂组分由超纯水改为NaCl溶液,通过金相显微镜及台阶仪分析不同NaCl溶液质量浓度所制有机载膜的膜层致密性及厚度;并测量相应有机载膜应用所制Al_(2)O_(3)膜的致密性、电子透过性及防离子反馈MCP的电特性。研究发现,NaCl溶液的质量浓度为0.05 g·ml^(-1)时,有机载膜具备高致密性;且制备的Al_(2)O_(3)防离子反馈膜致密,MCP的增益损失量较小,是最佳的非溶剂组分质量浓度。

高空间分辨微通道板现状及发展

微通道板(MCP)是超二代、三代微光像增强器中的核心元件之一,其空间分辨能力对于微光像增强器分辨力、传函、光晕(Halo)等性能有重要的影响。基于最先进的超二代和三代像增强器所采用MCP的新技术发展,整理国内外已经开展的研究成果报道,从像增强器成像过程中与MCP直接相关的光电子入射至MCP输入面、MCP电子倍增、倍增电子图像输出3个阶段进行系统梳理分析,明确先进像增强器对于微通道板高空间分辨的具体性能需求。提出国产MCP的发展方向展望:未来几年研制孔径5μm、开口面积比70%左右、输出电极优化的MCP并批量应用;应用于超二代像增强器的MCP需要开展小孔径扩口以及电子减速膜等新技术研究,使MCP开口面积比达到90%以上、像增强器传函与对比度性能显著提升;应用于三代像增强器的MCP需要开展低放气、低离子反馈MCP研究以支撑无膜三代像增强器的研发,抑制Halo、提高信噪比,在实现无膜MCP的基础上,扩口技术、输入增强膜层技术、电子减速膜等MCP技术均有应用于三代像增强器中的潜力。

过电位抛光增材制造双极板流道结构及性能研究

目的 研究过电位抛光对不锈钢异形截面微流道内壁成形性及双极板性能的影响。方法 采用电化学实验、扫描电子显微镜(SEM)、粗糙度测试分别对激光粉末床熔融技术成形异形截面微流道进行测试分析,研究抛光时间对微流道内壁表面形貌、典型缺陷、表面粗糙度及双极板耐腐蚀性的影响。结果 在抛光前10 min,微流道内壁的质量得到有效提升,随着抛光时间的延长,其表面粗糙度达到稳定值,同时典型缺陷也由黏粉、半熔金属颗粒等局部缺陷逐渐变化到球化、挂渣、阶梯效应等大范围缺陷,直至出现点蚀现象。抛光时间在5~15 min内,LPBF成形316L不锈钢表面质量提升,随着抛光时间的增加,其耐腐蚀性下降。结论 采用过电位抛光工艺并选择适当的过电位抛光时间,能有效提升微流道内壁成形质量及双极板耐腐蚀性能。

基于Box-Behnken设计模型优化微通道板蚀刻工艺

以利于实际生产优化蚀刻微通道板为出发点,探究了酸液浓度、搅拌速度、反应温度对微通道板通孔率的影响,采取Box-Behnken设计响应曲面法探究了单因素及双因素间的相互作用对通孔率的影响。对各拟合模型方差和决定系数分析可知,二次多项式模型拟合显著性最好,说明试验设计所得的回归方程具有可行性。单因素中酸液浓度、搅拌速度、反应温度均对通孔率有显著影响,各因素对通孔率影响大小为:反应温度>酸液浓度>搅拌速度;双因素中酸液浓度与搅拌速度的交互作用显著且对通孔率影响最大。模型结合实际分析得出微通道板的最优蚀刻条件为:酸液浓度0.43 mol/L,搅拌转速648 r/min,反应温度36.6℃,在此条件下,微通道板的通孔率为100%。优选的微通道板蚀刻工艺可以有效提升通孔率,工艺稳定可行,为微通道蚀刻技术在实际应用中的推广和发展提供有力支持。

超薄空间复杂边界条件下气体流动压降实验

随着超薄热管等元件进一步超薄化,蒸汽腔厚度减小导致蒸汽流动压降急剧增大,传热热阻增加,传输极限降低。搭建了超薄受限空间气体流动压降实验装置,开展空气流动实验,获得了不同通道高度(0.1~0.5 mm)、不同表面丝网孔径(0.036~0.104 mm)和不同流速(1~10 m/s)下的压降变化。结果表明:通道高度和流速对压降产生显著影响,而表面丝网孔径并不会;3个影响因素按显著程度依次为通道高度、流速、表面丝网孔径;随表面丝网孔径的减小,压降逐渐增大;随通道高度的减小,压降先缓慢增大,在减至0.3 mm后压降开始剧烈上升;随流速的增加,压降增大且近似呈正比例变化关系。最后基于实验数据修正了微通道层流情况下沿程阻力系数相关性预测关联式,以便更准确地预测气体压降。

插片式微通道蒸发器在窗机上的应用可行性研究

插片式微通道换热器相比常规结构的微通道换热器具有更优异的排水性能,能够改善常规微通道换热器用作蒸发器时容易滞留凝结水和融霜水的问题。为了研究插片式微通道换热器应用于窗式空调蒸发器的可行性,对插片式微通道换热器进行了选型研究,并完成了整机系统方案设计和性能对比测试。研究发现,采用合适的铝制插片式微通道换热器代替铜管翅片式换热器应用于窗机蒸发器,在保持产品制冷量和能效比相当的前提下,可实现整机轻量化设计,同时能够降低制冷剂充注量,提高环保型可燃制冷剂使用的安全性。

微通道板非晶态Al_2O_3电子透射膜

文中介绍了ＭＣＰ非晶态Ａｌ２Ｏ３电子透射膜在成像器件中的作用，阐述了膜层的选择、形成条件与方法，给出了膜层形成及其与辉光气体放电的关系，测量了膜层及带膜ＭＣＰ的某些特性，并进行了初步分析和讨论．

低噪声、高增益微通道板的研制

降低微通道板噪声和增加其电子增益是改善微光像增强器信噪比、视场清晰度和亮度增益最好的技术途经之一。采用具有高而且稳定的二次电子发射系数的皮料玻璃和与皮料玻璃的热物理性能相匹配且化学腐蚀速率比皮料大4个数量级的芯料玻璃以及与两者在一切工艺过程相匹配的实体边玻璃,通过优化实体边实芯工艺制作出的高性能微通道板,其暗电流密度小于5×1-0 13A/cm2,固定图案噪声和闪烁噪声明显降低;在真空系统中,经40μA h电子清刷后,电子增益(800 V)大于500。制管实验表明:这种微通道板达到了预期效果。

极紫外波段微通道板光子计数探测器

研究了一种极紫外波段微通道板(MCP)光子计数探测器,用于探测地球等离子体层中极微弱的30.4 nm辐射。通过改变电压、温度等参数对比了该微通道板光子计数探测器的暗噪声和分辨率的变化。结果表明:微通道板探测器的暗噪声主要来源于残余气体离子反馈和热噪声,因此要降低探测器暗噪声,应对微通道进行彻底的预处理除气,并尽量避免探测器在高温状态下工作,常温下经过预处理的微通道板光子探测系统的暗计数率仅为0.34 count/(s.cm2)。系统的分辨率主要受电压和计数率的影响,受温度影响不明显。由于不同的微通道板有不同的耐压范围,过小或过大的电压或计数率都会造成系统分辨率的降低。

使用感应电荷位敏阳极的极紫外单光子计数成像系统

研制了用于月基极紫外成像相机的二维极紫外位敏阳极光子计数成像探测器原型样机,该探测器系统主要由工作在脉冲计数模式下的微通道板堆、楔条形感应位敏阳极及相关的模拟和数据处理电路组成。设计和制备了周期为1.5mm,有效直径为47 mm的三电极楔条形位敏阳极,研制了最高计数率为200 kHz的前端模拟和数字电路。测量了探测器的暗计数率、脉冲高度分布、增益、线性及空间分辨率等工作特性。测量结果表明,探测器的空间分辨率为7.13 lp/mm(即0.14 mm),满足月基极紫外相机对空间分辨率的要求。

微通道板输入信号利用率提高研究

分析了微通道板输入信号损失的原因,提出了在微通道板输入端镀制绝缘层,从而提高微通道板输入信号利用率的方法,并进行了试验.试验结果表明:在微通道板输入端镀制一层15nm的绝缘层,可以提高微通道板输入信号的利用率,从而提高微通道板的增益.绝缘层的二次电子发射系数越高,微通道板输入信号的利用率越高,增益提高的比例越大.对SiO2膜层而言,可以提高12%左右;对Al2O3膜层而言,可以提高35%左右.在微通道板增益提高的同时,像增强器的分辨力和调制传递函数会降低,并且绝缘层的二次电子发射系数越高,分辨力和调制传递函数降低的比例越大.但微通道板分辨力和调制传递函数降低的比例远低于增益提高的比例.本文提出的提高微通道板输入信号利用率的方法具有一定的实用性,可以推广使用.

微通道板光子计数成像探测器预处理实验研究

微通道板光子计数成像探测器是嫦娥三号极紫外相机的关键成像器件,嫦娥三号极紫外相机被用于探测地球等离子层中极微弱的He+共振散射辐射,为了消除微通道板内部吸附的残余气体产生的离子反馈等背景噪音对探测器微弱信号成像性能的影响,需要对微通道板进行预处理.预处理包括高温真空烘烤和紫外光电子清刷.根据预处理的实验要求,设计了一套微通道板预处理装置,为微通道板预处理实验提供高真空环境和高温加热及保温功能.本文详细介绍了微通道板预处理实验的实现过程,对三片Z型级联的微通道板进行预处理实验后,背景噪音由27.09counts/s·cm2降低为0.53counts/s·cm2、空间分辨率达到125μm,上述实验结果表明MCP在预处理之后其表面、亚表面和体内吸附的杂质气体得以有效去除,获得了稳定的增益,成像性能也得以改善.

原子层沉积法制备微通道板发射层的性能

随着微通道板的不断发展与完善,通过改善传统工艺提升其性能越来越困难,开发提升微通道板性能的新技术迫在眉睫。纳米薄膜材料的发展及其制备技术的成熟为微通道板的发展提供了契机,利用原子层沉积技术在通道内壁沉积一层氧化铝纳米薄膜,作为二次电子发射功能层,可以增强通道内壁的二次电子发射能力,从而提升微通道板的增益性能。通过优化原子层沉积工艺参数可以在微通道板的通道内壁沉积厚度均匀的氧化铝薄膜。研究结果表明,微通道板增益随沉积氧化铝厚度的变化而变化,在氧化铝厚度为60 cycles时,施加偏压800 V时增益可达56 000,约为正常微通道板增益的12倍。

硅微通道板电子倍增器

本文采用感应耦合等离子体刻蚀机 (ICP)和低压化学气相淀积 (LPCVD)技术制备了硅微孔列阵和连续打拿极 ,得到具有一定性能的硅微通道板 .同时分析讨论了微孔列阵的表面形貌、反应离子刻蚀的尺寸效应以及电子增益系数等问题 .与传统工艺相比 ,新工艺将微通道板基体材料与打拿极材料的选择分开、微孔列阵形成和连续打拿极制作过程分开 。