Casimir效应对微纳机械开关稳定性的影响

在微／纳机械系统中的一个重要问题就是粘附效应（stiction）。在亚微米尺寸下，Casimir力对于粘附效应的影响是最为严重的。本文分析了Casimir效应对于微纳机械开关中与粘附效应相关的两个参数临界初始距离Lmin和临界电压（pull-in voltage）的影响。在临界电压的分析计算过程中重点讨论了材料性质所产生的作用。随着微纳构件之间距离的减小，材料的导电性和表面粗糙程度对器件的稳定性的影响也越来越大。在微／纳机械系统的制造中，通过选择不同的材料可以极大地改善系统的稳定性。     

微/纳米机械粘附及表面分子自组装膜改性技术

江苏大学研发的“微/纳米机械粘附及表面分子自组装膜改性技术”日前通过省科技厅组织的鉴定．该研究成果建立了考虑量子效应的微/纳机械粘附的作用力分析理论模型,首次将量子力作用引入微/纳机械的设计,首次得到了不同表面力作用下的抗粘附结构参数设计图．研制出点接触纯滑动微摩擦测量仪,填补了宏观与纳米级之间微摩擦测试的空白,在国内首次成功制备了FDTS的自组装膜,在国际上首先对FDTS自组装膜的减摩性能、摩擦力随栽荷变化的规律、污染膜的影响、破坏规律、时间稳定性以及湿度对FDTS自组装膜摩擦性能的影响进行了全面系统的研究。     

扫描电镜在聚合物PMMA微纳结构成像中的应用

利用扫描电镜观察不导电聚合物材料上的微纳结构时,样品的导电性和扫描电镜的观察参数设置直接影响了图像质量。在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)样品表面溅射导电层后,研究了加速电压、工作距离和扫描速度对图像质量的影响,在高加速电压、小工作距离和适中的扫描速度下,获得了PMMA微纳沟道的清晰图像。     

静电纺取向性聚己内酯微纳纤维的制备及表征

采用静电纺丝法制备取向性聚己内酯微纳纤维,通过单因素分析法考察电极距离、溶液喷射速度、电压、针头型号、接收距离和溶液体积对取向性聚己内酯微纳纤维性能的影响。将质量分数为10%的聚己内酯(polycaprolactone,PCL)溶液注入2 mL的注射器,设置静电纺丝机电极距离分别为1,2,3,4,5 cm,喷射速度分别为0.053,0.088,0.106 mL/h,电压分别为18.8,20.8,22.6 kV,针头型号分别为19,21,25,接收距离分别为15,19,21 cm,体积分别为0.3,0.5 mL,制备不同取向分布的PCL纤维。采用光学显微镜观察纤维形貌,并进一步采用接触角测试、力学性能测试、稳定性评价等方法对材料性能进行表征。结果表明:不同的参数下可以得到不同取向性的PCL纤维分布;当电极距离为4 cm、溶液体积为0.3 mL、电压为18.8kV、喷射速度为0.088 mL/h、接收距离为15 cm、针头型号为19时,静电纺PCL微纳纤维取向性最佳,且具有较好的润湿性能、力学拉伸性能以及良好的稳定性。     

锂离子电池正极材料LiMn0.75Fe0.25PO4/C及其储能特性研究

文章首先采用溶剂热法合成了系列LiMn_(1-x)Fe_xPO_4(x=0.15、0.25、0.35、0.45)微纳颗粒,随后采用热分解的方法对微纳颗粒进行碳包覆处理。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)对微纳颗粒进行表征,结果可知所获微纳颗粒均为橄榄石结构,而LiMn_(0.75)Fe_(0.25)PO_4/C分散性较好,颗粒大小较均匀。与LiFePO_4/C正极材料相比,LiMn_(0.75)Fe_(0.25)PO_4/C的导电性、放电电压、循环稳定性和储锂性能均有明显提高。LiMn_(0.75)Fe_(0.25)PO_4/C充放电电压平台为4.1 V;在0.5C的电流密度下,首次放电比容量为160 mA·h/g,在100圈循环后容量依然保持在140 mA·h/g;在10C的电流密度下,保持了60 mA·h/g的容量。该文对于研究和发展新型可替代LiFePO_4的锂离子电池正极材料具有重要的意义。     

不同梳齿形状的微纳力测量装置研究

梳齿电容是微电子机械系统中所广泛使用的结构,在微纳力测量装置中具有重要作用。针对微纳力测量装置中所使用的不同梳齿结构,利用数值模拟的方法,分析了不同形状梳齿作为微纳力测量装置时,在不同相对位置对微纳力测量结果的影响。研究结果表明,加载电压、梳齿相交长度以及梳齿间距偏移对不同梳齿形状的微纳力测量装置输出的影响明显不同,各梳齿形状输出微纳力的变化特性为微纳力测量装置的设计与制造提供了科学依据。     

满足螺旋边界条件的额外维存在时的标量场Casimir效应

研究了满足螺旋边界条件的额外维存在时的平行板标量场Casimir效应．利用Zeta函数正则化方法,得到T用第二类变形Bessel函数表示的Casimir力．发现Casimir力总是吸引力,但是对于相同尺度的螺旋结构参数和平板间的距离,与不存在额外维的情形相比,平板间Casimir力的大小降低了一个数量级．螺旋结构参数越小,Casimir力的大小降低越多．     

压缩真空中理想-玻色爱因斯坦凝聚体杂质间的相互作用

应用Riemann Zeta函数研究一维压缩真空中理想玻色\|爱因斯坦凝聚体杂质间的Casimir效应, 计算了真空压缩态下系统的Casimir能量和杂质间的Casimir力, 并讨论了Casimir力和压缩系数与杂质间距离的关系.      

故障累积效应对机械系统振动特性的影响

为保证机械系统安全稳定的运行、延长设备的使用寿命,需要消除机械系统的瞬时故障。通过时间-故障率曲线,分析瞬时故障累积效应对机械系统性能的影响,提出了采用阻尼技术消除机械系统瞬时故障的方法。阻尼材料在系统运行中可以减少或吸收瞬时冲击能量和振动,避免瞬时故障累积效应对系统产生的不利影响,确保了机械系统安全、稳定地运行。     

考虑尺度效应具损伤微板的坍塌特性分析

基于Kirchhoff板理论和修正偶应力理论,研究具损伤弹性微板的坍塌特性,推导了微板的动力学方程并采用伽辽金法进行求解,分析了损伤变量、特征尺度参数、微板与固定电极之间的距离和边缘场对坍塌电压的影响.为了验证模型的合理性,将本文所得结果与文献结果进行了对比.数值结果表明:结构损伤会减小坍塌电压;而尺度效应会增大坍塌电压;微板与固定电极之间的距离越大,坍塌电压也越大;边缘场的存在对坍塌电压有微弱的影响.本文所得结论对微机电系统微板结构的设计和应用提供一定的理论指导.     

填充比例因子对各向异性介质间Casimir力的影响

Casimir效应是一个可观测的宏观量子效应.研究了各向异性材料的填充比例因子f2对Casimir力大小和方向的影响.在f2=0.000 1时,由材料的介电常数和磁导率随着频率的变化曲线,得到Drude背景会对Ca-simir排斥力产生影响.在f2=0,0.000 1和0.001时,得到Casimir力的变化曲线,结果显示f2是抑制Casimir排斥力的.并且当f2很小时,Casimir力在较远距离处会重新回到吸引力,同时存在一个稳定的Casimir力平衡位置.     

石墨烯微片聚丙烯/高密度聚乙烯的复合材料的正温效应

以KNG-150石墨烯微片(GNPs)为导电填料,PP(聚丙烯)/HDPE(高密度聚乙烯)复合体系为基体材料,制备石墨烯微片/PP/HDPE导电复合材料,研究GNPs质量分数,PP/HDPE质量比对材料的正温度系数效应(PTC)强度和负温度系数效应(NTC)强度的影响.结果表明:GNPs质量分数处在渗滤区间6%时,材料的PTC强度达到最大值;PP的加入可以有效地提高材料的PTC强度,同时还抑制了NTC效应;当PP/HDPE质量比为3:7时,效果最佳,此时PTC强度为5.58,NTC强度仅为0.25.     

机电集成静电谐波微型传动系统的Casimir力和强迫响应

提出一种机电集成静电谐波微型传动系统。随着传动尺寸的减小,分子力的影响变大,应该予以考虑。本文给出了同时考虑静电力和Casimir力时机电集成静电谐波微型传动系统对于电压扰动的强迫响应方程。运用该方程,研究了Casimir力对系统强迫响应的影响规律。结果表明:Casimir力对于系统强迫响应具有重要影响,随着柔轮与定子间初始间隙的减小和电压的增大,Casimir力对系统强迫响应的影响变大。研究结果对于该种传动系统的进一步小型化具有指导意义。     

铁基超导体隧道结的构筑和约瑟夫森效应研究

作为超导体中最重要的物理特性之一,约瑟夫森效应不但是超导电子学应用的基础,同时也在基础研究中有着重要的价值.本文针对铁基超导的两个体系:KCa₂Fe₄As₄F₂和FeSe_0.5Te_0.5,开展了约瑟夫森效应研究.利用导电层-绝缘层-导电层交替堆叠的结构特点及其导致的强各向异性,对KCa₂Fe₄As₄F₂单晶c方向的电输运行为进行了探究.通过微纳加工等手段,成功降低了样品的尺寸和临界电流,从而大大减小了热效应对测量的影响,最终通过基于超导电子隧穿的A-B方程拟合临界电流随温度的变化行为获得了超导能隙方面的信息,并且观察到了临界电流随面内磁场周期性振荡的超导量子衍射行为,证明了该体系中本征约瑟夫森效应的存在.另外,利用机械剥离的方式制备了超薄FeSe_0.5Te_0.5单晶的约瑟夫森隧道结,并获得了其临界电流随温度和磁场的变化行为.分...     

碱性成纤维细胞生长因子对骨髓基质细胞的生物学效应

目的探讨碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)对骨髓基质细胞(BMSC)粘附、增殖和分化等生物学效应的影响.方法利用体视学计数、MTT法及ALP试剂盒分别测定不同浓度bFGF诱导一定时间后BMSG的粘附特性、增殖和分化情况的变化.结果10n/mLbFGF明显促进BMSG的粘附,但是200ng/mLbFGF反而不利于细胞粘附;在细胞增殖和分化测定中,100ng/mLbFGF明显促进细胞增殖,但细胞碱性磷酸酶含量也最低.结论碱性成纤维细胞生长因子对骨髓基质细胞的生物效应是复杂和多方面的,可以作用于骨髓基质细胞的粘附、增殖和分化等多个环节,这种影响与碱性成纤维细胞生长因子的剂量有关.     

超材料的新应用:调控Casimir力

 随着微机电系统（MEMS）的微型化,由Casimir吸引力导致的器件黏附失效极大影响了MEMS的应用,如何减小Casimir吸引力甚至将其转化为斥力成为该领域的研究热点。本文综述Casimir力的物理起源、理论计算方法、材料电磁参数的影响规律及电磁超材料在Casimir力调控方面的应用等研究进展。     

稀薄气体流动特点及研究现状分析

随着航空航天技术以及微电子机械系统(MEMS)的发展和广泛应用,稀薄气体流动的研究越来越被重视。稀薄气体流动中涉及到稀薄效应问题,在传统流体力学中可忽略的一些影响因素,比如表面力,面容比,梯度参数效应等变得重要起来。由于尺度效应、表面效应等因素的影响,稀薄气体流动表现出自己的特点：流动涉及的表面积与体积之比增强、梯度参数效应,表面效应,流体极性等。针对微电子机械系统,对稀薄气体流动的研究现状进行了综述,并对其特点进行了分析。     

有机/无机杂化钙钛矿材料的制备及其光学性质

通过两步法制备有机/无机杂化钙钛矿微纳材料CH3NH3PbX3(X=Cl,Br,I),得到分散性良好且形貌不同的微纳结构,并利用扫描电子显微镜(SEM)和荧光显微镜对3种钙钛矿微纳材料的形貌进行表征;通过X射线粉末衍射仪(XRD)对材料的纯度和结构进行分析;通过紫外可见光谱和荧光光谱对材料的发光性质进行研究,并对3种材料发光性能进行对比分析和讨论.结果表明,有机/无机杂化钙钛矿微纳材料作为一种发光材料在发光二极管、激光等领域具有一定的应用价值.     

MEMS重力仪温度、倾斜和气压扰动影响机制及其抑制方法研究

从理论上分析了温度、倾斜、气压效应对微机电系统(MEMS)重力仪的影响机制,以5μGal的零偏稳定性为目标量化环境扰动控制需求,并分别提出三层主动温度控制、机械调平和数据补偿及真空腔封装方案抑制温度、倾斜及气压效应影响.实验结果表明：24 h内重力敏感单元温度波动小于1.6 mK,测温电路漂移0.08 mK,两轴倾斜角度均小于±0.07 mrad,气压波动变化小于0.3 mPa.MEMS重力仪敏感探头集成环境抑制系统后静态本底噪声在1 Hz处为1μGal·Hz^-1/2,是国际精度最高的MEMS相对重力仪之一.     

动态Casimir效应中的量子同步效应

基于对一维半无限超导波导中的动态Casimir效应的研究,并利用系统主方程进一步推导出考虑耗散后系统的协方差矩阵,在此基础上根据M ari等人提出的量子同步判据,讨论了动态Casimir光子的量子同步效应.并分析了系统中的各个参数对系统量子同步效应的影响.结果表明,降低温度、减小失谐与归一化振幅均可缩减系统到达同步的时间,提高系统同步水平.