一种新型微机械红外热探测器的吸收层

在对新型微机械悬臂梁红外热探测器进行理论建模的基础上,研究了一种适合于此种红外热探测器的吸热层材料——碳纳米管.利用碳纳米管的红外吸收特性,在微机械悬臂梁上生长碳纳米管薄膜作为吸热层,提高了微机械悬臂梁红外探测器的红外吸收能力.研究结果表明,选用碳纳米管薄膜作为微机械悬臂梁红外热探测器的吸热层比选用传统的红外吸收层材料探测分辨率提高了10%,这种基于微电子机械系统技术的传感器与集成电路工艺是兼容的,成本低廉且适合批量生产.     

人工复合铁电多层膜的极化性质研究

建立了三层铁电复合薄膜的理论模型,采用Ginzburg-Landau-Devonshire(GLD)唯象理论,引入表示不同材料过渡层性质的局域分布函数,重点研究了具有不同相变温度的铁电材料复合而成的铁电薄膜的极化性质.通过改变不同铁电材料的复合方式及不同铁电材料之间过渡层的厚度,计算了铁电多层膜内部的极化强度分布.研究表明,不同相变温度的铁电材料间复合方式以及它们之间的过渡层的厚度对铁电薄膜的极化分布都有着重要的影响,并且存在临界过渡层厚度,其它复合铁电薄膜的极化分布曲线都在取两临界过渡层的曲线之间.     

可识别单一核苷酸错配的微悬臂基因检测技术力学模型（英文）

基于表面种植有DNA分子层的微悬臂梁系统,在考虑该带电DNA分子空间构型与其表面分布影响的基础上,提出了新的力学模型以定量描述完全与不完全杂交情形下导致的微悬臂梁挠曲变形.该模型将挠度曲率半径作为反馈DNA检测信号的唯一变量.预测出的完全与不完全DNA杂交情形与悬臂梁挠曲变形之间的关系与文献[2]的实验观测相符,且预测精度可满足单一碱基对变化的检测需要,对高精确DNA检测技术的开发具有借鉴意义.     

热处理对铜基碳纳米管复合镀膜结构和性能的影响

研究热处理工艺参数对铜基碳纳米管复合薄膜的微观结构和性能的影响,采用超声辅助脉冲电流复合电沉积法在不锈钢基板上沉积制备铜基碳纳米管复合镀膜,再将制备的复合薄膜在H₂中进行热处理.利用X射线衍射谱仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM）以及四探针电阻率仪等对热处理后的铜基碳纳米管复合镀膜进行了测试.结果表明,随着热处理温度和时间的变化,复合铜膜的结构、形貌及性能也相应变化;当热处理参数为400℃×2 h时,铜基碳纳米管薄膜的各项性能最佳.     

生长条件对TiO_2薄膜结构及光学性能的影响

为了研究TiO2薄膜的生长机制及结构对其带隙的影响,采用激光脉冲沉积方法在超高真空下制备了TiO2薄膜.X射线衍射结果显示在不同温度和不同缓冲层上生长的TiO2薄膜以板钛矿结构为主,缓冲层对薄膜结构影响不大,高的生长温度提高了薄膜的结晶度.透射谱的结果表明,随着生长温度和生长气压的升高,TiO2的带隙逐渐增大,在生长ZnO做为缓冲层后,TiO2薄膜的结晶度降低,随ZnO结晶度的提高,TiO2对复合薄膜带隙的影响消失.     

超磁致伸缩薄膜悬臂梁静力学分析

静力学特性是超磁致伸缩薄膜(giant magnetostrictive thin film,GMF)的重要特性,对其进行准确的分析是应用GMF的基础.结合材料力学的相关理论,求解了不同尺寸、不同基底材料GMF双层悬臂梁的中性轴和等效惯性矩;将双层GMF悬臂梁的磁致伸缩作用等效为分布弯矩作用,建立了静态磁致伸缩过程中薄膜悬臂梁的挠曲线方程.采用悬臂梁式GMF进行变形特性的实验研究,证实了挠曲线方程的正确性,同时表明磁致伸缩过程中薄膜的磁学量与力学量呈一定的线性关系,为动态磁致伸缩效应的进一步分析研究奠定了理论基础.     

单分散C/ZnO/ZnS复合空心微球及其颗粒薄膜的制备与表征

以磺化聚苯乙烯(SPS)微球为模板,通过在其表面包覆ZnO壳层然后部分离子置换硫化,得到了单分散SPS/ZnO/ZnS复合空心微球,并以油-水界面自组装法制备了SPS/ZnO/ZnS复合空心微球薄膜,在氩气气氛下煅烧,分别得到了形貌规整的单分散C/ZnO/ZnS复合空心微球粉末和致密的C/ZnO/ZnS复合空心微球颗粒薄膜.以TEM,SEM,XRD,EDS,HRTEM,紫外-可见光谱等对空心微球及薄膜的形貌、组成和结构进行了表征.结果表明,无定型C、六方纤锌矿ZnO和闪锌矿ZnS在空心微球壳层均匀分布.与ZnO空心微球颗粒薄膜相比,ZnS的复合使得C/ZnO/ZnS空心微球薄膜在紫外区的吸收性能有一定提高.     

人工复合铁电多层膜热释电性质的理论研究

建立3种具有不同相变温度的铁电材料垂直于极化方向复合而成的铁电薄膜的理论模型,在ginzburg-landau-devonshire (GLD)唯象理论的框架下展开研究,同时引入局域分布函数来描述不同材料间过渡层的性质,主要研究了复合铁电薄膜的热释电性质.通过改变3种不同铁电材料的复合方式,计算了铁电多层膜内部的极化强...     

低噪声、宽谱响应的碳纳米管薄膜-石墨烯复合光探测器

采用高纯半导体碳纳米管薄膜和石墨烯构建复合结构光探测器, 研究其光电响应特性。结果表明, 在光照下, 顶层石墨烯中的光生载流子通过碳纳米管与石墨烯之间薄的非晶硅层, 隧穿至底层的碳纳米管薄膜中, 在非晶硅层两侧分别富集电子和空穴, 形成光致栅压(Photogating), 有效地改变了碳纳米管薄膜晶体管的电流。器件在可见光(633 nm)条件下得到响应度为83 mA/W, 并在近红外波段范围内仍保持好的光响应特性。由于石墨烯具有宽谱光吸收特性, 半导体碳纳米管薄膜晶体管具有小的暗电流, 碳纳米管–石墨烯复合光探测器发挥了两种材料的优势, 为今后高性能宽谱光电探测器的制备奠定了基础。     

全SU8微悬臂梁的制备及其弹性系数表征

采用Omnicoat作为牺牲层,经过两步光刻和湿法释放成功制备了全SU8结构的微悬臂梁,释放的成功率超过95%.针对SU8热膨胀系数大的缺点,对SU8微悬臂梁进行不同温度退火.采用原子力显微镜(AFM)系统对SU8微悬臂梁的弹性系数进行精确表征.结果表明,随着退火温度提高,SU8微悬臂梁弹性系数增大,对于250μm长3.5μm厚的悬臂梁,95℃退火后,其弹性系数为0.525 N·m-1;200℃退火后,其弹性系数增大到0.745 N·m-1.所制备的微悬臂梁被成功用于表征SU8与玻璃基底之间的相互作用.     

弹性体/偶联剂复合纳米薄膜的制备

通过X射线光电子能谱、激光拉曼光谱和原子力显微镜对制备的多层弹性复合纳米薄膜的成分、形貌、结构进行了研究。结果表明：弹性复合薄膜的形成可分为两个阶段：“岛”式结构数量增多和长大阶段。同时,反应时间的增加至50 min、反应温度为220℃时形成更均一、致密的多层复合薄膜;偶联剂A187的活性基团作用下生成的弹性体薄膜更均匀。     

自带均热板的微弹簧式悬臂梁微加热器的研究

利用硅基MEMS工艺,通过背面分步刻蚀工艺湿法刻蚀<100>晶向硅片,结合SiO2薄膜热氧化工艺、磁控溅射薄膜制备工艺、光刻工艺、lift-off工艺,制备了一种自带均热板的微弹簧式悬臂梁微加热器。L型悬臂梁结构比直线型结构应力分布均匀。标定了微加热器的R-T曲线、I-V曲线。微加热器在工作电压为2.3V时,加热电阻值为60.96Ω,功耗为86.72mV,可获得673K的工作温度。     

纳米硬度计研究多晶硅微悬臂梁力学特性

微构件的弹性系数影响微型传感器的静态和动态力学特性 ,为了精确的测试和评定微构件的力学特性 ,利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲试验来测量其力学特性。运用该方法可精确测量微悬臂梁纳米级弯曲变形 ,在研究微悬臂梁的纯弯曲变形过程中 ,必须考虑压头在微悬臂梁上的压入以及微悬臂沿宽度方向的挠曲。试验研究表明 ,多晶硅微悬臂梁的纯挠曲与载荷成很好的线性关系 ,通过线性关系计算得到梁的弹性模量为 [1± (2 .9%～ 6 .3% ) ]× 15 6 GPa。     

单晶硅表面制备稀土改性碳纳米管自组装复合薄膜的摩擦磨损性能

在单晶硅表面制备稀土改性碳纳米管自组装复合薄膜,采用接触角测定仪、扫描电子显微镜以及x射线光电子能谱仪分析表征薄膜的组成和结构,在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上评价薄膜的摩擦磨损性能.结果表明:稀土改性碳纳米管可以组装到氧化的硅烷化表面而形成碳纳米管复合薄膜;复合薄膜表现出优异的摩擦磨损性能,在给定的试验条件下,其摩擦系数约为0.10～0.12,并随载荷和滑动速度增加而减小,具有较好的耐磨性能及摩擦稳定性,在微机械表面改性中显示出潜在的应用前景.     

微电铸及其在MEMS中的应用

研究了微电铸在MEMS结构层制造工艺中的可行性并搭建了微电铸实验系统,通过对不同Watts镍电解液的成分实验得到了一组性能较好的成分配比.通过晶种层材料的实验得出Ti-Cu作为晶种层材料的优点.利用微电铸的方法制作出微机械隧道陀螺仪中的悬臂梁、挡板、驱动电极等,得到了一组比较有价值的电铸参数,并对电铸中存在的问题进行了阐述.实验结果表明,采用方波脉冲电铸能够得到晶粒粗细均匀、硬度和应力符合设计要求的悬臂梁等MEMS结构.     

压电微悬臂梁探针的制作工艺研究

为实现压电探针在纳米器件表征和加工领域的应用,设计并制作了一种压电微悬臂梁探针.采用各向异性湿法腐蚀的方法得到纳米级硅针尖,用局部压电层方法解决了压电微悬臂梁探针制作过程中探针、压电薄膜和微悬臂梁之间的工艺兼容性问题.使用微力传感器测试平台对尺寸为450μm×70μm的压电悬臂梁探针进行测试,结果表明,这种尺寸的压电悬臂梁探针的弹性常数为21.17N/m,与理论计算值相符.通过对压电探针的设计制作,总结了湿法腐蚀-干法刻蚀等工艺的结合方案,为压电探针的广泛应用奠定了基础.     

钛合金表面稀土碳纳米管薄膜制备及其摩擦磨损性能分析

使用稀土对碳纳米管进行表面修饰,采用自组装技术在医用钛合金表面制备稀土改性碳纳米管复合薄膜,采用扫描电子显微镜（SEM）及X射线光电子能谱仪（XPS）对稀土改性碳纳米管复合薄膜的形貌及组成进行表征,并使用UMT-2MT型动-静摩擦系数精密测定仪评价薄膜的摩擦磨损性能.结果表明：在钛合金表面能够制备出硅烷薄膜及稀土改性碳纳米管复合薄膜;稀土元素能显著改善碳纳米管的表面活性,并作为基底与碳纳米管的联接介质;稀土改性碳纳米管复合薄膜的摩擦系数约为0.13,减摩效果显著,且薄膜具有良好的耐磨性能.
     

激光-MIG复合热源钢/铝异种金属深熔钎焊

采用激光-MIG(Melt Inert-Gas)电弧复合热源实现了4和6 mm厚的钢/铝异种金属对接接头深熔钎焊,并利用扫描电子显微镜观察力接头界面微观组织特征.通过有限元软件分析电弧熔钎焊、激光熔钎焊、激光-MIG复合深熔钎焊三种焊接方法所获接头温度场,同时分析了激光偏转角度对激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布的影响.结果表明,激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布相较于电弧、激光熔钎焊而言较为均匀,接头下部的温度得到明显的提高,可有效增加液态金属在钢表面的润湿铺展程度,有利于获得较为良好的焊缝成形.在激光-MIG复合深熔钎焊过程中,可以通过调整激光偏转角度提高接头界面下部温度,改善界面温度梯度,有利于生成均匀的金属间化合物层.4 mm厚钢/铝激光-MIG复合深熔钎焊焊接接头有着典型的熔钎焊特征,成型质量良好且无明显缺陷生成.界面层化合物为Fe4Al13和Al8Fe2Si,焊缝由α-Al和Al-Si共晶相组成.激光-MIG复合深熔钎焊可实现6 mm对接接头连接,但界面处存在微裂纹.     

碳纳米管薄膜电阻的热敏特性测试

针对单根碳纳米管测试的困难,用丝网印刷的方法制作了一种碳纳米管薄膜电阻.测量其热敏特性表明:其阻值随温度有明显的变化,并具有线性关系,通过线性拟合计算得到其电阻率温度系数为-4 79×10-6Ω·m/℃.研究结果表明,碳纳米管可望作为一种特殊的温度传感器用在功能服装中.     

牺牲层腐蚀技术在微悬臂梁器件制作中的应用

以微悬臂梁的制造工艺为例,探讨了MEMS中的牺牲层腐蚀技术,对牺牲层材料的制备方法和腐蚀牺牲层材料得到微悬臂梁结构等工艺中的关键与核心技术作了详细阐述,从腐蚀机理的角度探讨了腐蚀速率及其影响因素。