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-involtage)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。     

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。     

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．     

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。     

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。     

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.     

滤波电容的等效电感效应

对ＤＣ／ＤＣ变换器用状态空间平均法进行了建模分析及ＰＳＰＩＣＥ仿真，讨论了滤波电容的等效串联电感ＥＳＬ效应对变换器性能和稳定性的影响。结果表明，ＥＳＬ的引入将使变换器增加输出电压的纹波幅度，稳定性也有一定改善，在ＤＣ／ＤＣ变换器建模时应该考虑这一。     

压电粘弹性微梁的粘附分析

以处于粘附状态下的压电粘弹性微梁为研究对象，通过引入参数剥离数表示其粘附特征，分析了压电电压、粘弹性参数和几何参数对处于粘附状态下压电粘弹性微梁剥离数的影响.结果表明，压电电压能有效提高微梁的剥离数，这给通过压电电压修复已处于粘附状态的压电微梁提供了理论依据和参考.同时，微梁的几何参数对微梁的剥离数也有着重要影响，这对微梁的设计造成了一定的限制.     

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.     

陶瓷磨削的表面/亚表面损伤

磨削是目前工程陶瓷的主要加工方法，本文主要对国内外在陶瓷磨削后工件表面／亚表面损伤（主要是微裂纹和表面残余应力）方面所作的研究成果进行了总结、分析和讨论，提出了一些有待研究的问题及其研究思路。同时就作者所承担项目“纳米结构材料精密磨削及其预报”研究中的临界砂轮磨粒切深（dc)和被磨工件临界损伤深度Cr(临界中位裂纹长度）的预测模型进行了分析，并建立了临界砂轮磨粒切深（dc)理论模型。     

关于复合材料力学几个基本问题的研究

凡能进行两层次分析与计算的材料便可称为复合材料。复合材料力学则是一种两层次的力学理论。相（材料）通过复合（效应、工艺）形成复合材料。复合效应分为混合效应和协同效应，其相应的混合律和协同律是复合材料力学理论的奠基石，前者已形成理论体系，后者有待形成。本文所论及的随机扩大临界核理论可解释多种形式的协同效应。此外，本文还讨论了几个有关的力学问题。     

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。     

混合烧结磁电复合材料的研究

分析了单相材料性能及混合比对复合材料磁电效应的影响，探讨了混合烧结磁电复合材料的相分布。选取ｋ３３大的ＰＺＴ（Ｂ）为压电相、Ｎｉ（Ｃｏ，Ｍｎ）Ｆｅ２Ｏ４为磁致伸缩相，采用混合烧结法，获得了磁电转换系数（ｄＥ／ｄＨ）ｍａｘ达０．３１４２Ｖ／Ａ的磁电复合材料。     

基于岩石细观损伤机制的岩爆机理研究

岩爆是采矿诱发的地震现象，是矿井自然灾害之一。岩爆发生条件与岩石的力学性能有关。岩体中微裂纹的形成、扩展和汇合对岩体的力学性能产生显著影响，可以导致材料的逐渐劣化直至破坏。对于三轴压缩的岩石试件，当侧向应力为拉应力或很小时，其破坏形式主要是徽裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展。本文基于岩石细观损伤机制，在本构关系中引入损伤效应函数，用于分析圆形洞室的岩爆现象，得到了岩爆发生的临界损伤范围和临界载荷的解析式。结果表明临界损伤范围取决于弹性模量与降模量之比；临界载荷与峰值强度及内摩擦角有关。     

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。     

四边简支压电功能梯度矩形薄板的屈曲

基于经典板理论, 假设材料的电弹参数为板厚方向坐标的幂函数, 采用含压电耦合项的修正层合理论, 推导了压电功能梯度薄板在电载荷作用下的屈曲方程, 并利用Navier解, 得到四边简支矩形薄板在均匀电场下的屈曲临界电压. 在此基础上, 讨论了板的几何尺寸、 材料梯度指数的变化和中面变形等因素对临界电压（电载荷）的影响. 结果表明, 压电材料的梯度化对其稳定性产生较大的影响.     

磁悬浮飞轮系统陀螺效应的抑制

针对磁悬浮飞轮系统的陀螺效应，采用交叉反馈控制进行抑制．分析了引入交叉反馈控制的飞轮系统稳定性，当转速超过某临界转速时，飞轮系统保持稳定，交叉反馈控制可以对陀螺效应进行完全补偿．临界转速与控制器参数以及转子的惯性矩有关，可根据实际需要通过控制器参数进行调整．实验比较了分散PID控制与交叉反馈控制下飞轮系统的性能．实验数据分析的结果表明，分散PID控制下的飞轮系统在12000r／min时由于陀螺效应而失稳，引入交叉反馈控制后，系统在转速达到25000r／min时仍平稳运行．交叉反馈控制对陀螺效应的抑制是有效的．