基于微结构的金属薄膜柔性应变传感器

柔性应变传感器通常难以兼具高灵敏度和宽传感范围的性能。利用光刻工艺制备出微结构模板,将模板的微结构复制到聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面,然后在PDMS表面沉积金属膜层得到具有微结构的金属薄膜柔性应变传感器。结果表明,金属薄膜表面的微结构有效阻碍了微裂缝的延伸,该传感器具有较大的传感范围(拉伸应变极限为25%),并保留了金属薄膜传感器的高灵敏度(应变系数为154)。此外,该传感器响应时间短(0.07 s),具有较小的迟滞系数(约8.8%),能够快速准确响应各种拉伸应变波形,其电学响应波形与拉伸应变波形具有一致性,并且能够稳定监测人体手腕关节动作。

基于特征提取与选择的气体识别研究

在电子鼻系统中,特征提取和选择以及分类模型都是其性能改进的关键。针对从传感器阵列中提取单一特征时会忽略传感器特异性的问题,提出基于相关性分析来选择每一个传感器最优的特征提取方法,组成最优特征向量进行气体识别,实验表明:通过该方式提取的特征向量在分类模型中表现更好,在各模型的平均识别准确率提升了0.027,其中支持向量机和人工神经网络提升效果最明显,分别提升了0.031和0.054。并根据模型特性和实际需求,提出逻辑回归与支持向量机结合的二次分类模型,实验表明该模型能够进一步提高分类准确率,降低具体气体检测场景中辨别气体错误的风险。

有源区掺杂的AlGaN基深紫外激光二极管性能优化

为了改善深紫外激光二极管的性能,本文提出了有源区量子势垒n掺杂、p掺杂和n-p掺杂三种结构.利用Crosslight软件,对原始结构和有源区掺杂的三种结构进行仿真研究,比较四种结构的P-I特性曲线、V-I特性曲线、载流子浓度、辐射复合速率和能带图.仿真结果表明,有源区量子势垒n-p掺杂结构的性能更优,其阈值电压和阈值电流分别为4.40V和23.8mA;辐射复合速率达到1.64×10^(28)cm^(-3)/s;同一注入电流下电光转换效率达到42.1%,比原始结构增加了3.9%;改善了深紫外激光二极管的工作性能.

超低幅值激励下压电梁的响应特性分析

通过电磁激励方式研究了压电悬臂梁结构在超低幅值激励下的响应特性。对线性压电梁的响应进行了实验研究,分析了激励幅值的影响。研究了引入单侧阻挡后压电梁的非线性响应特性,分析了激励幅值、阻挡间隙对单侧阻挡压电梁宽带响应的影响。实验结果表明,在0.003 N的电磁激励下,压电梁的振幅小于140μm。引入单侧阻挡后压电梁表现出分段线性响应,对阻挡间隙微米尺度的变化灵敏。随着间隙从100μm减小到20μm,最大输出电压从3.14 V减小到1.17 V,半功率带宽从5.8 Hz增大到18.2 Hz。

基于微流控技术的磁性微液滴制备方法

针对磁性微液滴制备不稳定问题,通过制备新型微流控芯片,以聚苯乙烯磺酸-四氧化三铁(PSSA-Fe_(3)O_(4))为磁性材料,研究微流控芯片不同工艺参数对制备的磁性微液滴粒径的影响规律,包括十字型流道中溶液流速、微流道尺寸和溶液内表面活性剂质量分数对磁性微液滴粒径的影响。以PSSA-Fe_(3)O_(4)磁性材料为基础的磁性微液滴成型研究得出:调节两相流速可将所制备的磁性微液滴粒径精确控制在28~72μm内;减小流道剪切口分散相进、出口端尺寸可将所制备的磁性微液滴粒径控制在23~113μm内;增加连续相中表面活性剂质量分数可将所制备的磁性微液滴粒径控制在28~83μm内。研究结果有助于利用微流控芯片制备出粒径精确可控、均匀稳定的PSSA-Fe_(3)O_(4)磁性微液滴,可为磁性微液滴精准操控等提供技术支撑。

一种电磁力驱动的无阀微泵的气体泵送特性

基于微流体在锥形通道内流动的非对称性,设计并制作了一种电磁力驱动的扩散管/汇聚管型无阀微泵,该微泵主体部分由嵌有微型线圈的聚二甲基硅氧烷(PDMS)振动膜和含有微米级锥形管的泵体组成。当在微型线圈中通入交流电信号,线圈中会产生周期性变化的磁场,与外部永磁体产生的恒定磁场相互作用产生振动,并带动PDMS振动膜往复运动。为了提高微泵的泵送性能,将30个锥形管并排连接到泵腔和微泵的进出口处。之后对制备的微泵的性能进行测试,分析了泵送气体的方向,并探究了驱动电压幅值和驱动频率对泵送气体体积流量的影响。测试结果表明,所设计的无阀微泵能够向锥形通道的扩散方向泵送气体,且随着驱动电压和驱动频率的增大,泵送气体体积流量增加。

纳米尺度下载荷和滑动速度对表面摩擦特性的影响

使用原子力显微镜(AFM)对Si-Ni_(81)Fe_(19)材料间的接触力学性能进行测试,研究Si-Ni_(81)Fe_(19)材料间的摩擦力随法向载荷和滑动速度的变化规律。首先,通过薄膜沉积的方式在硅基板上制备Ni_(81)Fe_(19)样品。之后,通过接触模型分析确定Johnson-Kendall-Roberts模型对于Si-Ni_(81)Fe_(19)材料间接触描述的适用性,并确定了材料间的真实接触面积。随后,基于AFM中的横向力显微镜(LFM),使用Si探针测试Si-Ni_(81)Fe_(19)材料间的摩擦力,并分析其在7~107 nN载荷和20~300 nm/s滑动速度下的变化规律。结果显示,Si-Ni_(81)Fe_(19)材料间的摩擦力随法向载荷增加呈线性增大趋势,并且该规律不受滑动速度的影响。另一方面,小载荷下Si-Ni_(81)Fe_(19)材料间的摩擦力与滑动速度的自然对数呈正比;而在大载荷下,摩擦力与滑动速度呈线性增大的趋势。

平行沟槽织构对TB6钛合金表面润湿性、摩擦学性能和耐腐蚀性的改善

提出了一种快速制备具有超疏水性、耐磨性和耐腐蚀性的Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)钛合金表面的方法。通过纳秒激光器对抛光的钛合金进行精确烧蚀,构筑了具有平行微沟槽阵列特征的织构表面。随后,利用紫外线灯照射和十八烷基三氯硅烷溶液浸渍进行化学改性,进一步增强了表面的疏水性。从表面形态和化学组分的角度分析了微沟槽间隔对织构表面润湿性的影响。结果表明,在干滑动、水润滑和油润滑条件下,所制备的超疏水表面相较于原始亲水表面,平均摩擦系数分别降低了34%、56%和59%。此外,分析了相关摩擦系数变化的机理。通过动电位极化测试验证,所制备的超疏水表面展现出优异的耐腐蚀性,为钛合金基体提供了有效的长期保护。