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。     

刚柔耦合微定位平台的设计与分析

设计了一种采用压电陶瓷驱动的3自由度刚柔耦合微定位平台,利用柔性铰链机构及自锁原理在保证装置定位精度的同时提高了微定位平台的承载能力.首先,对该平台的结构进行了设计,分析其运动及自锁原理;然后采用ANSYS对微定位平台进行了性能分析,结果表明,该微定位平台在y方向变形为28.8μm/100 N,z方向的变形为0.205μm/100 N;模态分析中,xy向驱动板和z向驱动板一阶固有频率较高,具有比较理想的动力学特性,能够用于加工过程中承载力变化较大的情况.     

基于纳米金自组装应用的多甲硫基芳炔化合物的设计与合成

基于含硫化合物易于在贵金属表面形成分子膜的事实以及多头含硫有机分子有望成为新一代纳米自组装理想材料的预测,设计并合成了一系列几何形状、功能基数迥异,具有π共轭特征的刚性芳炔硫醚化合物1～7.通过MS,IR,1H和13C NMR对它们进行了结构表征.此外,对两个X型化合物参与纳米金自组装的行为进行了初步的考察.实验结果表明:多MeS-基有机分子具有良好的自组装和可拆卸效果.     

板件冷弯成形的计算机辅助设计

利用增量迭代法进行工件的弹塑性分析及回弹量计算,提出了用逐步却载及加载法预测板件的最终成形形状及设计模具形状。本方法在微机上得到实现,并与实验结果取得相当一致的吻合。     

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。     

微型直接甲醇燃料电池流场板内多相流动分析

针对微型直接甲醇燃料电池,运用多孔介质理论建立了微型直接甲醇燃料电池流场板内含电化学反应的、毛细力驱动下的微通道内多相流动的传输模型;计算并分析了流场板内微通道尺寸、功率密度等重要参数对毛细力驱动下微通道中多相流动的传输特性的影响,以及流场板内微通道尺寸对电池性能的影响.结果表明:微通道内液相饱和度随通道宽度和高度的增加而增大,随节距和电池功率密度的增加而减小;电池的功率密度随微通道高度和宽度的增加而增大,随节距和长度的增加而减小.     

热柱复合毛细芯的成形工艺及其优化

针对当前微电子芯片的高热流密度问题,设计了一种具有复合毛细芯结构的热柱.其成形工艺为利用犁切-挤压的方法加工热柱蒸发端和冷凝端表面的交错微沟槽,然后在微沟槽表面烧结一层铜纤维.文中通过综合分析热柱毛细芯的成形过程,研究犁切-挤压参数对热柱蒸发端微沟槽成形的影响,以及烧结参数对烧结层的影响.结果表明:在热柱毛细芯微沟槽的...     

γ-巯基丙基三甲氧基硅烷自组装膜的制备及其防腐蚀性能

采用自组装的方法在铜片表面制备了γ-巯基丙基三甲氧基硅烷的单分子膜,并利用金相显微镜及粗糙度测定仪观察自组装分子膜的表面形貌,利用电化学工作站评价了自组装分子膜对铜片的缓蚀性能。结果表明：自组装分子膜对铜片具有一定的修饰作用,修饰效果与时间呈正相关;γ-巯基丙基三甲氧基硅烷自组装膜对铜片具有一定的缓蚀性能,其缓蚀性能与...     

竖直矩形毛细微槽群轴向干涸高度的理论分析

对背面有热流输入的开放式竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体沿槽道方向的润湿与流动特性进行了理论研究,并提出了预测纯蒸发换热情形下竖直矩形毛细微槽群中液体沿槽道方向的干涸点高度的理论模型.研究结果表明,理论模型的计算结果与实验结果比较吻合;干涸点高度随热负荷的增加而降低,矩形毛细微槽的几何尺寸及微槽群密度对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体的润湿和相变换热特性有重要影响.     

竖直矩形毛细微槽群轴向干涸高度的理论分析

对背面有热流输入的开放式竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体沿槽道方向的润湿与流动特性进行了理论研究，并提出了预测纯蒸发换热情形下竖直矩形毛细微槽群中液体沿槽道方向的干涸点高度的理论模型。研究结果表明，理论模型的计算结果与实验结果比较吻合;干涸点高度随热负荷的增加而降低，矩形毛细微槽的几何尺寸及微槽群密度对竖直矩形毛细微槽群蒸发热沉中液体的润湿和相变换热特性有重要影响。     

Self-assembly of micro parts on normal glass substrate

Fluidic self-assembly is an approach by which micro parts less than one millimeter in size can be driven by the capillary force of a certain adhesive liquid and be fixed onto the desired sites on some substrates. Normal glass with the composition of Na2SiO3CaSiO34SiO2 has been widely used in fluidic microelectromechanical systems (MEMS) and bio-MEMS devices. We investigate the MEMS self-assembly experiment on normal glass substrate. The results of scanning electron microscopy (SEM) show that micro-parts of 400 μm400 μm squares can be precisely assembled in the expected area of the normal glass substrate.     

Adhesion: elastocapillary coalescence in wet hair

We investigated why wet hair clumps into bundles by dunking a model brush of parallel elastic lamellae into a perfectly wetting liquid. As the brush is withdrawn, pairs of bundles aggregate successively, forming complex hierarchical patterns that depend on a balance between capillary forces and the elasticity of the lamellae. This capillary-driven self-assembly of flexible structures, which occurs in the tarsi of insects and in biomimetic adhesives but which can also damage micro-electromechanical structures or carbon nanotube 'carpets', represents a new type of coalescence process.     

预防心血管再狭窄纳米颗粒载药涂层支架的研究

综合分析了载药纳米颗粒和血管支架各自在治疗心血管再狭窄方面的优势,提出通过实现两者集成,构造新型的纳米颗粒载药涂层支架.对研制纳米颗粒载药涂层支架所涉及的裸支架本体结构的优化设计及实验分析、载药纳米颗粒药物的选择和制作,以及载药纳米颗粒与血管支架自组装的机理和方法等进行了研究.同时提出综合应用介电泳动、毛细作用和组件的疏水性等微观作用力,实现载药纳米颗粒与血管支架自组装的方法,并给出了自组装的实现工艺图.其研究成果为最终研制纳米颗粒载药涂层支架提供了可行的方案.     

并联柔性铰机器人的静刚度研究

并联柔性铰机器人是一类具有超精密定位能力的微动操作手,对这类采用非常规运动副的微动机器人,其静刚度在相当程度上决定了机器人的有载定位精度。该文首先通过一系列坐标系的建立和转换,导出终端位姿的摄动位移与柔性铰微变形间的映射关系,进而利用虚功原理提出并联柔性铰机器人的静刚度模型,显示出影响静刚度的主要因素不仅与传动刚度有关还与柔性铰的刚度有关,此外通过该模型研究了静刚度特性,其结果可用于指导机构优化设计。最后,以实例分析了并联柔性铰机器人的静刚度。     

Measurements and analysis of force and moment of caudal fin model in C-start

The unsteady hydrodynamic forces and moments acting on caudal-fin models of fish with different shapes and different swing durations were experimentally measured to simulate the fish C-starts. The motion of models was characterized by rotating the model to a maximum deflection angle in an excursion time T_u and back to the initial position in a return time T_d around its root-axis. Studies show that the caudal-fin plays an important role in fish C-starts and the caudal-fins with different shapes and different swing durations generate different forces and moments. In addition, the hydrodynamic forces and moments acting on the models with different shapes can be normalized by the 2nd and 3rd moments of area, respectively. The forces and moments acting on the models with different swing durations, but the same ratio of T_u to Td can also be scaled.     

热超声封装高频换能器的动力学优化设计

为提高热超声封装效率、降低封装温度,研究了高频超声换能器的动力学优化设计．基于一维振动和波动理论,建立了换能器的解析模型,得到了压电振子、指数形聚能器和劈刀的波动方程．借助有限元分析软件ANSYS参数化建模,分别对压电振子和聚能器进行优化设计．考虑材料、形状和尺寸对其振动特性的影响,得到了换能器最优模型．通过阻抗分析仪和多普勒激光测振仪对换能器进行电谐振和机械谐振测试．实验结果表明,该换能器在其工作频率附近不存在非纵振模态和其它寄生的振动形式,从而方便了超声信号发生器设计.     

柔性结构振动主动控制中传感器/执行器位置优化研究

从二维柔性板的状态空间表达式出发 ,采用一种基于能量的传感器 /执行器的最优配置策略。使用该准则可以很自然地研究整个动态模型的可控性和可观性 ,进而确定传感器和执行器的位置。实例中的针对柔性板的数值仿真过程表明了该准则的有效性     

动力定位非线性自适应反步控制器设计

提出了一种基于VxWorks实时操作系统的船舶动力定位控制器设计,给出了整体框架和软件模块设计。实际工况中,存在模型参数难以精确描述和外界扰动不确定的问题,在控制方法上,设计了一种基于RBF神经网络的自适应反步控制。RBF神经网络对连续函数在紧集范围内具有任意经度的逼近能力,可有效解决船舶水动力高度非线性以及水动力系数难以准确估计的问题。海浪流引起的不确定外界扰动可通过自适应估计补偿。根据Lyapunov稳定性理论证明所设计的控制器是全局渐近稳定的,仿真结果验证了该方法的有效性。     

Complex shapes self-assembled from single-stranded DNA tiles

Programmed self-assembly of strands of nucleic acid has proved highly effective for creating a wide range of structures with desired shapes. A particularly successful implementation is DNA origami, in which a long scaffold strand is folded by hundreds of short auxiliary strands into a complex shape. Modular strategies are in principle simpler and more versatile and have been used to assemble DNA or RNA tiles into periodic and algorithmic two-dimensional lattices, extended ribbons and tubes, three-dimensional crystals, polyhedra and simple finite two-dimensional shapes. But creating finite yet complex shapes from a large number of uniquely addressable tiles remains challenging. Here we solve this problem with the simplest tile form, a 'single-stranded tile' (SST) that consists of a 42-base strand of DNA composed entirely of concatenated sticky ends and that binds to four local neighbours during self-assembly. Although ribbons and tubes with controlled circumferences have been created using the SST approach, we extend it to assemble complex two-dimensional shapes and tubes from hundreds (in some cases more than one thousand) distinct tiles. Our main design feature is a self-assembled rectangle that serves as a molecular canvas, with each of its constituent SST strands--folded into a 3 nm-by-7 nm tile and attached to four neighbouring tiles--acting as a pixel. A desired shape, drawn on the canvas, is then produced by one-pot annealing of all those strands that correspond to pixels covered by the target shape; the remaining strands are excluded. We implement the strategy with a master strand collection that corresponds to a 310-pixel canvas, and then use appropriate strand subsets to construct 107 distinct and complex two-dimensional shapes, thereby establishing SST assembly as a simple, modular and robust framework for constructing nanostructures with prescribed shapes from short synthetic DNA strands.     

嵌段共聚物的自组装(一)

分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域有越来越广泛的应用.而嵌段共聚物的自组装更显示了强大的应用前景.它凭借自身独特的物理化学性质,能自组装形成小到几个纳米、大至数微米乃至更大尺寸范围内的、丰富多彩的形态结构.同时,它的自组装形态能在较弱的外场作用下,作出较强的响应,从而能更好地实现其体系自组装行为的调控.