考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。     

集成微电极结构的芯片介电电泳富集过程研究

集成微电极结构的介电电泳芯片具有高效、非侵入式等优点,在生化样品操纵与分析中具有重要的实用价值和研究意义。从理论上分析了芯片介电电泳富集的影响因素,构建了5种微电极间距分别为20,40,60,80,100μm的微流控芯片,重点研究了微电极间距和流体流速对酵母菌细胞富集效率的影响。结果表明,当PBS缓冲液电导率50μs/cm,进样速度10μL/min,施加电压8 VP-P,8 MHz保持不变时,通过改变微电极间距,发现微距为目标细胞直径的4—8倍时富集效率最高,为90%左右;当电极间距为20μm,改变进样速度,其他条件保持不变,发现进样流速为30~50μL/min时,富集效率最高,达到87%以上。     

柔性衬底上金属褶皱结构制备及相关特性研究

采用磁控溅射技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)上制备金属褶皱结构,有效地解决了柔性结构发生形变时电阻值发生较大改变甚至失效的问题。研究了不同溅射时间对金属褶皱结构周期及高度的影响,并对金属褶皱结构的电学性能进行测试。利用原子力显微镜分析表征柔性衬底上金属褶皱结构的表面形貌,利用数字万用表进行样品表面电阻值的测量。测试结果表明:随着溅射时间的增加,金属褶皱结构的周期和高度都呈增大趋势,电阻增长率变得缓慢,对信号的响应程度也越来越小。     

基于力学咬合的楔形腔锥形光纤耦合封装结构研究

对楔形腔光场传输模式进行对比分析,改变MEMS工艺参数,加工出楔角外侧下边缘带有"齿"的10°楔角楔形腔;设计光纤架与壳体,采用力学咬合的方式,对锥形光纤耦合位置进行固定,实现力学无胶封装,消除了封装材料性能退化对倏逝场产生的破坏,获得了稳定的倏逝场耦合模式,进而得到稳定的高品质因数(Q);封装前后楔形腔倏逝场耦合模式改变微小,Q值不随时间产生退化。使用高速转台对封装结构进行稳定性测试,5g离心转动前后,楔形腔与锥形光纤耦合位置不变。     

基于AlAs/InGaAs/GaAs共振隧穿效应的纳机电声传感器研制

本工作设计了一种基于AlAs/InGaAs/GaAs量子隧穿效应的纳机电拍子式声传感器,并采用ANSYS有限元分析软件对敏感元件的布置位置进行了最优化仿真设计。在加工工艺上,采用双空气桥技术和Au/Ge/Ni合金膜系欧姆接触技术有效降低了电容、电阻等对器件结构性能的影响;在传感器的具体加工过程中,共振隧穿结构（RTS）和拍子结构是通过控制孔技术一次流片完成的。对所加工的传感器进行了初步测试,结果表明,传感器频响能较好的与仿真结果相吻合,1.3KHz时同时具有较好的线性特性。     

低温条件下心墙沥青混凝土蠕变特性试验

依托西部某沥青混凝土心墙坝工程,分别开展了5℃、10℃、15℃低温条件下的沥青混凝土心墙材料三轴蠕变特性试验。[JP2]试验结果表明：在双对数坐标系下,剪切蠕变与时间满足较好的线性关系,且其斜率受偏应力影响较小,但随着温度的升高斜率呈指数减小;剪切蠕变随着偏应力增大而增大,两者之间呈非线性关系,温度越高,非线性越明显;随着温度的升高,蠕变量增大,蠕变速率加快,且偏应力越大,产生的蠕变增量越大;体积蠕变取决于偏应力的大小,偏应力较小时,表现为压缩,偏应力较大时,表现为膨胀,且膨胀量明显大于压缩量;围压对蠕变的影响同样与偏应力有关,当偏应力较小时,围压对蠕变的影响较小,随着偏应力的增大,围压增大对蠕变有较为明显的抑制作用。[JP]     

基于共振隧穿结构的压阻系数

以共振隧穿结构为压阻器件可以得到较高的灵敏度,但是当实验选择不同的工作偏压时,这种压阻效应表现得极其不同。由于高灵敏度是依靠较高的I-V曲线斜率获得的,因此最初人们希望选择具有较高峰谷比结构作为器件。但是有些区域的斜率过大,以至于压阻效应失去线性及稳定性而变得没有实用价值。另外,在某些工作区域由于共振隧穿结构本身具有的双稳态特性,而使其完全失去压阻特性。本文对这些问题进行了系统分析,并对一个具体的结构,分析其工作区域及特性,给出最高灵敏度可达700左右。     

基于光诱导介电泳原理的粒子操纵研究

理论分析了溶液电导率和粒子直径对光诱导介电泳力的影响,针对光诱导介电泳对微球的操纵机理进行建模仿真。设计了光诱导介电泳芯片,通过激发光电导层的光电效应形成虚拟电极,同时施加高频交流电压,实现了对4μm和10μm聚苯乙烯微球的介电泳力操纵。最终微球在负介电泳力的作用下分别以8.8μm/s和35μm/s的速度运动。通过光诱导介电泳实现了对微球的无接触无损伤的操纵。     

基于仿生水听器的回声测距方法

受鱼类侧线结构的启发,设计了一种双T型结构的MEMS芯片。对该结构的核心元件T型梁进行最大应力与谐振频率分析,确定梁参数和压敏电阻的位置及其大小、尺寸。通过信号提取电路,对接收到的微弱电压变化信号值放大滤波后进行回波测距实验。测试结果得出:所设计的水听器可对水下障碍物进行距离探测,并实时LCD显示。     

基于氧化铝薄膜的压电水听器的研制

提出了基于AlN压电薄膜结构的单电极水听器,将A1N的压电特性与MEMS微加工技术相结合。采用COMSOL对器件在20~100Hz低频范围内谐振特性进行分析和仿真,得出压电薄膜优化厚度0.8~1.0μm,振动薄膜直径100μm。给出了器件制备工艺流程,采用ICP精准刻蚀A1N薄膜提高成品率,并对实际样品进行高静水压等环境适应性测试。单个水听器阵列结构是40×40,实际尺寸为7×7mm,可以用来制备高性能的水听器集成系统。