微纳机械谐振器能量耗散机理研究进展

微纳机械谐振器因其具有超高的谐振频率、品质因子和灵敏度等优越特性,在物理传感、生物与化学检测、射频通信、能量收集等方面表现出了卓越的性能而备受关注,已成为当前微/纳机电系统领域的研究重点和热点之一.能量耗散一直以来都是制约微纳机械谐振器性能提升与应用发展的瓶颈问题,且耗散机制具有多样性、不确定性和尺度相关性.本文综述了微纳机械谐振器中的能量耗散机理与非线性阻尼效应的研究进展,主要针对热弹性阻尼、声子相互作用、黏性阻尼、支撑损耗、表面与界面损耗等内禀和外部耗散机制进行了综述,阐明了不同能量耗散的产生机理及影响规律,可为降低能量损耗和结构优化设计、提高谐振器件的品质因子和动态性能提供参考,对微纳机械谐振器的设计、制造及应用发展具有重要意义.     

特异材料与卡西米尔(Casimir)效应

对平板结构情况下卡西米尔(Casimir)效应的理论研究进展进行了综述, 特别对排斥型卡西米尔力的研究做了较详细的介绍. 随着近年来特异材料(metamaterlas)研究与制备技术的快速发展, 人们可以通过人工电磁微结构对材料的电磁特性进行控制, 从而为获取卡西米尔排斥力以及回复力创造了条件. 相关基础研究的成果将在微纳机电系统方面具有广阔的应用.     

编者按

在过去的20年间, 微米和纳米尺度上表面结构的微加工或图案化及其相关性质的研究逐步成为热点问题. 许多现代技术发展的机会都来源于新型微观结构的成功构造或现有结构的小型化. 在集成电路、信息存储器件、微机电系统、小型传感器、微液流器件、生物器件和微型光学元件等领域中, 更快响应速度、更廉价成本、更低能耗和更优性能的实现就是得益于迅速发展起来的微加工或图案化技术. 与此同时, 微加工技术的持续发展也为微观和介观范围内所发生的物理、化学和生物现象的研究提供了契机. 在所有的纳微有序结构或表面图案结构的应用中, 构筑方法对于实现结构的最终应用是最为重要的前提条件. 而随着对有序结构材料的性能及图案化尺寸、精度等要求的提高, 在前人工作的基础上, 人们不断加以改进和拓展, 研发了一系列新的方法. “聚合物有序微结构组装”专题以评述的形式对近年来与此相关的新技术和新成果予以简要介绍.     

飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用

激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域. 利用激光直写技术进行材料加工时, 其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制, 难于进行纳米尺度的加工. 飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段, 也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源. 近年来, 作为最新的激光加工技术之一的飞秒脉冲激光多光子微纳加工技术已成为国际上研究的热点. 该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应, 成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率, 可望在功能性微纳器件制备等纳米技术领域发挥重要作用, 具有广阔的应用前景. 在2001年日本科学家利用飞秒脉冲激光双光子聚合技术首次突破衍射极限获得120 nm的加工分辨率后, 最近我国科学家实现了15 nm线宽的纳米尺度加工分辨率. 在利用多光束并行加工技术进行快速、大批量微纳结构加工的同时, 最新发展的多光束组合技术实现了多部件组合加工、一次成型, 解决了微尺度零部件组装难题, 为微纳尺度器件及微机电系统的开发提供了具有实用化前景的加工方法与途径. 利用飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的高精度、良好的空间分辨率和真三维加工能力的特点, 各国科学家制备出了各种微尺度光子学器件及微机电系统, 充分展示了该技术的应用前景. 随着对飞秒脉冲激光与物质相互作用机理、加工技术及相关材料技术的深入研究, 飞秒脉冲微纳加工技术必将获得快速发展, 并在先进纳米制造领域获得新的突破.     

高速公路通信系统机电维护的讨论

笔者经过多年对高速公路通信等机电系统的建设维护经验对机电系统的维护谈几点认识、体会和看法,希望对读者有所裨益.     

微型机器人在临床医学上的应用研究

<正>微型机器人应用于临床医学的诊疗,不仅提高了诊断的可靠性、真实性,而且由于微机电系统本身的微小尺寸、高度智能,极大地减少了病人的痛苦。在非结构环境的狭小空间作业,比如,胶囊内窥镜侵入性小、没有毒副作用、具有无创、微创等优点,并可以进行主动控制,或加载成像装置,是今后机器人内窥镜发展的必然趋势。     

生物芯片技术

生物芯片技术是近年来兴起的一项综合性的高新技术,它以微机电系统技术和生物技术为依托,将生命科学研究中的许多不连续过程(如样品制备、生化反应、检测等步骤)集成并移植到一块普通邮票大小的芯片上去,并使这些分散的过程连续化、微型化,以实现对大量生物信息进行快速、并行处理的要求.     

微球递药系统的开发及其疾病治疗应用

微球作为功能载体,能够用于药物的递送.随着材料科学和技术的发展,微球递药系统的研究逐渐得到了广泛关注.作为一种新兴的药物递送方式,微球递药系统有望克服传统给药方式的诸多局限性.此外,微球具有优异的生物相容性和可控性,可以实现对药物的精准递送和控制释放,从而提高药物的疗效并降低其副作用.基于此,本文首先总结了微球的多种制备方法及常用材料,然后系统总结了具有不同功能的微球递药系统,并概述了其主要疾病治疗应用,最后针对微球递药系统领域面临的挑战和未来发展趋势进行了展望.     

昆虫机器混合系统:从自由状态控制到自主智能调控

以昆虫作为载体,采用光/电等外部调控手段对其运动行为进行干预或控制,实现可静态预设或动态控制的昆虫机器混合系统,也被称作昆虫机器人.这类微型动物机器人在运动稳定性、环境适应性、隐蔽性等方面拥有天然的优势,在搜救侦查、科学研究等众多领域具有重要的应用价值.随着神经科学、微机电系统、人工智能等研究领域的快速发展,昆虫机器混合系统研究正从自由状态控制发展至自主智能调控阶段.本文回顾了昆虫机器人在受控运动模式、可控动作类型、达成控制任务等方面的研究现状,总结了昆虫机器混合系统研究框架,评述了基于不同调控原理实现的典型昆虫机器混合系统研究进展.在此基础上,分析了昆虫机器混合系统在神经调控机制、微型控制系统、刺激技术及方法、智能控制系统等研究中面临的困难、存在的问题,预测了未来的发展趋势.     

高速公路机电监控系统应用与发展

介绍了机电监控系统在高速公路中的应用,分析了高速公路机电监控系统的构成；阐述了高速公路机电监控系统的维护和管理思路,并针对其现状进行了发展趋势分析。     

浅谈煤矿机电设备安全管理

文章概述了煤矿机电设备管理的现状,提出了完善煤矿机电管理的措施和办法.机电设备管理是煤炭开采综合管理系统的重要组成部分,煤矿机电设备的运行情况对煤矿的安全生产工作有着直接的影响.只有机电相关设备、设施正常运行,才能保证矿井的原煤产量和煤矿企业效益.     

编读互动

智慧产品,因"小"而美,未来世界,因"微"而变!21世纪,地球面临着人口膨胀、资源枯竭、能源成本不断攀升等危机的重重"挑战"。微纳制造妙手回春,正一一抚平这些地球的"创伤",还我们一个更高科技、更省能节力,更品质优良的"微型化"的新世界。微纳制造业自其诞生之初,一直被人们认为在解决地球危机中大有用武之地。微纳制造业也是一个资金、资源、知识高度密集型的产业。如今,微型卫星、微纳米材料、微机电系统、佩载式医疗等     

高速公路机电监控系统应用与发展

介绍了机电监控系统在高速公路中的应用，分析了高速公路机电监控系统的构成；阐述了高速公路机电监控系统的维护和管理思路，并针对其现状进行了发展趋势分析。     

微结构和尺寸约束下多晶硅微机械构件拉伸强度的尺寸效应

微型机电系统(MEMS)是面向21世纪的关键技术, 微型机械的设计与制造在很大程度上取决于材料问题的解决. 影响微型机械装置功能和可靠性的薄膜材料力学性能需要精确的评价. 利用电磁力驱动, 设计了一种微拉伸装置, 从而精确地测定了长度为100～660 μm, 宽度为20～200 μm, 厚度为 2.4 μm的多晶硅薄膜的力学性能. 结果表明, 测得的平均弹性模量为(164±1.2) GPa, 与理论计算值相当. 平均拉伸强度为(1.36±0.14) GPa, 其Weibull分布参量为10.4～11.7. 统计分析表明, 由于微结构和尺寸的约束使得多晶硅薄膜的拉伸强度表现出对微构件长度、表面积和体积的尺寸效应. 拉伸强度随表面积与体积之比值增加而增加, 这一比值可作为尺寸效应的控制参量. 测试数据解释了微构件力学性能参量的离散性, 并可用于多晶硅微机械的可靠性设计. 最后, 提出了应变设计准则, 允许应变为0.0057.     

微小卫星技术的发展

随着微电子技术的发展,特别是近年来以微型机电系统(micro electronics & mechanics system,MEMS)和微型光机电系统(micro optical electronics&mechanics system,MOEMS)为代表的微米纳米技术的发展,使得微型卫星、纳型卫星甚至皮型卫星的实现成为可能.微型卫星、纳型卫星甚至皮型卫星的研究已成为航天技术研究的热点.     

微纳通道中牛顿流体毛细流动的研究进展

毛细流动广泛存在于自然科学与工程技术等诸多领域,微纳通道中毛细流动近年来在微纳机电系统、生物医学、环境监测、石油开采、多孔介质渗流等领域获得了广泛应用.描述宏观牛顿流体毛细流动过程的是Lucas-Washburn(LW)模型,该模型在微纳通道中的适用性还没有定论,因而受到国际学术界关注.本文从理论模型、数值模拟和实验研究3个方面综述了微纳通道中牛顿流体毛细流动的研究进展,已有的研究表明需要对毛细流动进行分区讨论:(1)惯性力作用区,流动距离与时间t成正比;(2)黏性力-惯性力作用区,惯性力、毛细力、黏性力均对流动有影响;(3)黏性力作用区,黏性力与毛细力平衡,流动距离与t~(1/2)成正比;(4)竖直管道中还需要考虑重力的影响,存在黏性力-重力作用区.在黏性力作用区,LW模型仍然可以定性描述微纳通道中毛细流动过程,但需要引入动态接触角、气泡、电黏性等影响因素的修正.最后针对目前实验研究中存在的一些问题,总结有待深入研究的方向.另外,本文也对非牛顿流体毛细流动的研究做了简单介绍和展望.     

煤矿机电管理中存在的问题及对策

近年来,随着我国煤矿机电一体化技术在各大煤矿企业中的广泛应用,我国煤炭行业的生产能力也有了突飞猛进的发展,与此同时,也给机电管理带来了新的挑战.煤矿频发的原因,绝大多数是由于机电管理不到位引发的,文章总结了煤矿机电管理中存在的普遍问题,并提出了改善对策.     

集成吸收-压缩复合热泵的微燃机热电联产系统

针对生产蒸汽的微燃机热电联产系统的排烟温度较高的问题,本文提出集成吸收-压缩复合热泵的微燃机热电联产系统.该系统以微燃机热电联产系统排烟为驱动热源,可生产0.5 MPa的饱和蒸汽,一次能源利用率为67.3%,相对节能率为23.56%,同典型的微燃机热电联产系统进行热力学性能对比分析,一次能源利用率和相对节能率分别提高约11.2%和14.76%.该系统中增加的吸收-压缩复合热泵系统,使系统的排烟损失降低约78%.此外,还研究了发生压力、基础溶液浓度、精馏塔塔顶温度、精馏塔釜温度对吸收-压缩复合热泵系统性能的影响,为系统的实验设计提供了理论依据.本研究为微燃机热电联产系统的余热回收利用提供了新的思路和方法.     

环境中微塑料的迁移分布、生物效应及分析方法的研究进展

微塑料由于其粒径小、光降解能力弱等特点,被视为一种潜在持久性有机污染物,是近年来研究的热点.在微塑料的来源、迁移分布、生物效应和分析方法方面,国内外已有大量的研究,但是缺乏对已有近期研究成果的比较系统、全面的综述.因此,本文对近几年来微塑料在自然环境(陆地、淡水和海洋)中迁移分布、生物效应和分析方法方面的研究进展进行了归纳总结:环境中微塑料的来源分为初级微塑料的直接排放和环境中大块塑料的降解;微塑料在环境中迁移主要通过淡水环境在陆地和海洋环境之间双向迁移;当前,微塑料在环境中的分布研究主要集中在海洋环境中,研究证实微塑料通过洋流作用分布于整个海洋;微塑料的生物效应主要分为摄入效应和与有机污染物结合的复合效应,微塑料对生物的潜在健康风险被初步证实;微塑料的分析方法是微塑料相关研究的基础,很多仪器方法(如显微镜检、光谱质谱分析)已经应用到微塑料的分析鉴定之中,一些新的仪器联用技术(如扫描电子显微镜与能谱仪联用、热吸附解吸与气相色谱质谱联用)也被开发出来.今后应加强对陆地和淡水环境中微塑料的分布、生物效应以及对人体健康影响的研究,并发展更为准确的微塑料定性定量分析方法.本文为微塑料的污染防治提供了较为系统的参考资料,也为该领域的研究、发展提供了可借鉴的思路.     

工程机械液压泵维修之我见

随着工业技术的发展和革新,机电液一体化技术在现代工程机械上的应用得到了广泛的发展,液压系统工作性能的好坏,直接影响工程机械的作业性能,任何工程机械都离不开动力,工程机械的动力就是液压泵,根据多年工作实践,就一般作业环境中工程机械液压泵的故障及原因作一粗略的探讨.