收缩管型压电微滴喷射理论分析与实验研究

为了得到驱动电压波形对收缩管型压电微滴喷射性能的影响规律,基于Bogy等提出的压力波传递理论,分析了收缩管型压电微滴喷射头喷腔中的压力传导过程。构建了压电微滴喷射系统的实验平台,以质量分数为58%的甘油和水混合液为实验中的喷射对象,对微滴喷射过程中驱动电压的脉冲宽度、幅值和频率对微滴喷射性能的影响进行了研究。研究结果表明,随着驱动电压脉冲宽度的增大,所形成的液滴速度和直径呈先增大后减小,微滴喷射过程存在最佳电压脉冲保持时间;随着驱动电压脉冲幅值的增大,所形成的液滴速度和直径均增大;随着操作频率的增大,在一定范围内,液滴速度和直径几乎不受影响,但频率过大时,喷射会发生混乱。     

银墨水/树脂双材料微滴喷射过程数值模拟与分析

针对银墨水/树脂双材料微滴喷射一体化成形精度调控需求,建立基于气液两相流耦合的VOF流体体积函数模型以及微滴沉积模型,研究材料黏度、表面张力以及喷射速度等参数对微滴成形效果的影响,并进行了微滴喷射对比实验。结果表明,黏度影响微滴成形距离及微滴体积,黏度增大会增加成形时间,并增大微滴体积;表面张力影响微滴断裂距离及底板铺展面积,表面张力越大则成形距离越短,在底板上的铺展面积越小;喷射速度影响微滴成形距离及成形形态,其中断裂距离和卫星滴数量与喷射速度成近线性关系。实验结果证明,当喷嘴直径为60μm时,树脂材料在3.58 m/s的喷射速度下可以产生直径为70μm的微滴,验证了微滴喷射仿真结果的有效性。     

新型电磁铁驱动的撞针式微滴喷射装置

液滴喷射技术具有广泛的应用前景和技术优势,结合现有技术设计了一种能够实现有效的微滴喷射的装置,该装置基于电磁铁驱动,采用撞针式结构。本装置包括电磁铁、滑轨、撞针、喷嘴、弹簧、垫圈等几个主要部分,通过电磁铁驱动撞针撞击喷嘴从而使液滴从喷嘴中喷射出。整体而言其结构简单、成本较低、易于加工,可实现液滴稳定喷射。以甘油溶液(丙三醇)作为喷射实验材料,进行了多粘度溶液及多种喷嘴直径的喷射实验,并对实验结果进行分析,总结了该装置液滴喷射的相关性能,实现了粘度为0～1 410 mpas的多种粘度液滴的稳定喷射,丰富了微滴喷射装置的结构设计。     

基于同轴式组合微喷嘴的虾卵细胞微胶囊封存北大核心

为探究同轴式组合微喷嘴的喷射方向性以及制备虾卵细胞微胶囊时的封存效率,搭建了以电磁铁为驱动器的微流体数字化脉冲驱动控制喷射平台,并通过COMSOL Multiphysics 5.3建立二维仿真模型,对同轴式组合微喷嘴及单微喷嘴内的微粒运动状态进行了对比仿真。仿真结果表明同轴式组合微喷嘴中的内喷嘴对喷射的粒子流有明显的限制作用,并在以铬粉为主体材料的粉体喷射实验中得到验证。在此基础上,探究了驱动电压及微喷嘴尺寸对水相微液滴直径和虾卵细胞封存效率的影响规律,以及亲疏水性对同轴式组合微喷嘴喷射效果的影响。结果显示所获得的水相微液滴的直径正比于微喷嘴出口尺寸和系统驱动电压,通过改变微喷嘴出口尺寸和系统驱动电压的大小,获得了直径为500-1 500μm的水相微液滴;使用经过疏水化处理后的同轴式组合微喷嘴制备的虾卵细胞微胶囊,其粒径均匀,单细胞封存率可达84%。     

基于液滴打印的纸质微流控芯片制备

介绍了一种基于液滴打印技术制作纸质微流控芯片的简单方法。蜡以液滴的形式喷射到滤纸上,加热蜡图案形成疏水屏障,用于生物试剂测定。制作的玻璃微喷嘴无需复杂的制造技术,成本低廉,简单且容易制作。喷射蜡滴稳定均匀。通过改变驱动电压、频率和加热温度及时间来实验研究蜡线的宽度,最终在纸质芯片上制备出宽度为2 600μm、长度为10 mm的蜡质疏水流道。用所制的纸质微流控芯片装置实现蛋白质、葡萄糖和pH值的多重测试。采用以液滴打印技术为基础的蜡滴生成系统制作纸质微流控芯片,成本低,简单,易于使用且制作快速。     

一种空间观测图像的仿真生成方法

提出一种天基观测空间目标可见光图像仿真方法,观测平台及目标的运行速度和空间位置信息由卫星工具包（ STK）生成,成像过程由Matlab编程实现。该方法的优越性在于利用STK的可视化功能,控制观测平台和目标的轨道参数,使目标能够进入观测相机的视场,而Matlab具有强大的图像处理函数库,在序列图像生成过程中,可方便地对图像添加各类噪声和效应,使图像更加真实;生成的仿真图像主要用于空间目标检测算法的研究。最后分析了仿真图像中空间目标和恒星的运动性质,为完善空间目标检测算法的性能提供了依据。     

基于3D打印的柔性三频微带天线的设计与加工

为解决可穿戴设备在复杂应用场景中无线信号响应范围较窄的问题,该文提出了一种柔性三频微带天线,在2.5 GHz、3.5 GHz、5.4 GHz微波频段采用双“T”型+双“L”型表面结构实现天线的谐振,采用聚酰亚胺为基底材料,纳米银为辐射贴片及接地面的导电材料以实现柔性化。使用ANSYS HFSS对天线进行建模并进行仿真分析,使用微滴喷射3D打印工艺对其加工,有效地解决了传统微机电系统(MEMS)加工在柔性电子领域上成本高及步骤复杂等问题。最后使用场发射扫描电镜分析打印面形貌,并使用矢量网络分析仪分别测试天线成品的回波损耗、可弯折性及弯折抗疲劳性,测试结果与仿真结果基本一致,且天线具有较好的弯折性能。     

非球面液滴微透镜的轮廓测量方法

对液滴透镜面形的精确测量是用液滴法制作非球面液滴透镜的关键问题之一。提出了一种基于数字图像处理的测量非球面液滴微透镜轮廓的方法,利用光学成像系统将非球面液滴透镜的轮廓成像在CCD接收面上,通过图像采集卡读入计算机,并经图像处理得出透镜面形表达式,以便研究液滴微透镜在不同电场强度下轮廓的变化规律。图像处理的主要步骤包括：对特定区域采取平滑预处理,去除噪声;利用阈值法将灰度图二值化;对二值化后的图像进行轮廓检测;提出了一种简单有效的方法矫正图像的水平偏转;对矫正过后的液滴轮廓的数据进行多项式拟合,分析液滴透镜在不同电压下的各个拟合参数的变化。实验证明：这种方法用于测量非球面液滴微透镜简单、有效,解决了非球面微透镜制作过程中的液滴轮廓的实时测量问题,有助于低像差非球面液滴微透镜的研制。     

气溶胶喷墨打印工艺参数对图案精度的影响北大核心

以商业纳米银颗粒墨水为打印材料,以钠钙玻璃为衬底材料,采用气溶胶喷墨打印工艺在衬底上打印形成银线。在搭建的气溶胶喷墨打印平台上,通过改变工艺参数探究不同工艺参数对银线线宽的影响规律。通过激光共聚焦显微镜对打印图案进行测量与观察发现：增大环绕气体流量、减小输送气体流量可以降低银线线宽;增大气体流量比可以在减小打印线宽的同时减小铺展现象,但会出现卫星液滴问题与沉积空洞现象;提高打印速度也可以有效抑制铺展现象;最后在钙钠玻璃衬底形成了平均电阻率为24.93μΩ·cm的导电金属电极图案。     

气溶胶喷墨打印在有机器件制备中的应用

气溶胶喷墨打印是近年来新出现的一种打印技术。通过将形成的墨水气溶胶喷射至基底表面而成膜,使得气溶胶喷墨打印对墨水的黏度要求低、打印分辨率好、适用墨水的范围广。文章对气溶胶喷墨打印技术的基本原理、在有机器件制备方面的应用以及将来的改进等方面进行了简介和评价。     

横向振动微谐振器的仿真分析

通过ANSYS有限元仿真软件对横向振动微谐振器进行静态、模态和谐响应仿真分析。在静态和模态分析中,得到水平方向最大静位移和谐振频率等重要性能参数以及不同的折叠悬臂梁结构参数对它们的影响。在谐响应仿真分析中得到微谐振器的幅频响应特性,从而导出微谐振器的品质因子Q值。     

三维喷印成形质量优化研究

三维喷印成形机是一种快速成形系统,通过打印直接形成工件。文章以液滴和喷头为出发点,分析了三维喷印液滴的形成过程,反复对液滴的喷射、飞行、铺展、融合、固化等过程进行实验,并针对喷印生产出现的散墨、针孔、条纹、固化方面的几个问题进行探究,最终确定打印质量和精度的影响因子,以提升打印效果。所研究的内容和得出的结论,为优化三维喷印成形的质量提供理论支持。     

基于石蜡打印的PDMS微流控芯片制备及实验应用

介绍了一种基于数字化石蜡液滴微喷射技术制作微流控芯片的方法及其应用,制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片可用于微液滴的生成和两相流的微混合。实验所需玻璃微喷嘴制备简单、成本低廉。石蜡阳模的形状可自主设计,通过调节驱动电压、驱动频率和加热温度可控制石蜡液滴尺寸及石蜡线宽。利用此方法在石英玻璃基底上打印出石蜡阳模,通过PDMS溶液浇注、固化、倒模、清洗再与石英玻璃基板键合等一系列工艺,最终可实现不同内径、不同流道形状的PDMS芯片,制作过程方便快捷,成品质量较好,设计自由度较高。最终通过调整系统各项参量制作出流道内径约为235μm的PDMS微流控芯片,并利用所制作的十字型流道PDMS微流控芯片生成了微液滴,用螺旋形流道的PDMS微流控芯片完成了亮蓝、柠檬黄两种颜色水溶液的微混合。     

基于毛细管阀的微流体惯性开关建模与仿真

介绍了一种用水银液滴在变矩形截面的硅微通道中以流动的方式实现导通的微流体惯性开关,开关的加速度阈值决定于毛细管阀的几何形状、尺寸以及水银微液滴的体积等因素。基于Young-Laplace方程,结合水银液滴的运动特性和微阀门的具体结构,阐述了微流体惯性开关的工作机理,推导出了阈值计算公式。用MATLAB软件分析了微通道结构参数与系统阈值的关系,并用CoventorWare软件建立了微流体开关的三维结构模型,采用分离拉格朗日VOF方法描述水银液滴自由表面的迁移过程。对10g加速度作用下的瞬态过程进行仿真,结果表明开关的响应时间约为10ms。     

基于计算机视觉的透明液滴外形的检测技术

在微流体变焦透镜的研究中,准确检测电解小液滴外形随外加电压的变化情况对寻找材料和衡量微流体透镜性能起到了重要作用。同时,待测液滴的形状参数也是描述液体与特定材料之间亲和力和液滴物理特性的重要参数之一。根据最小二乘法原理,设计了基于图像采集与处理的液滴外形检测系统。搭建实验平台,通过摄像物镜和CCD采集处于一定容器中的液滴外形轮廓图像数据,再经过图像滤波、边缘增强、二值化等图像处理技术,最后以数学模型形式描述液滴轮廓边缘曲线,并对边缘曲线数据进行曲线拟合计算液滴与容器边缘的接触角度。     

磁头无铅微焊点液滴飞溅和失效性分析

磁头无铅微焊点可靠性分析主要包括焊点前期液滴飞溅的防护和后期焊点失效性分析,在实际生产中,应用钎料球喷射连接技术时,钎料液滴飞溅时有发生,本文融合激光加热和氮气压力技术,建立了一种新的用于计算磁头内置DFH控制元件连接钎料液滴冲击速度的双液滴模型,同时,采用正交试验法对比了不同激光加热参数和氮气压力条件下磁头内置DFH控制元件连接钎料液滴飞溅的情况,并进一步融合可控扫描式磁场和偏置两种方法,研究了磁头微焊点的失效情况.试验结果表明:下落前,激光脉冲能量是决定液滴温度的主要因素;下落后,对钎料液滴温度影响最大的是钎料液滴的初始温度.磁头无铅微焊点失效是焊点液滴飞溅和金属间化合物共同作用的结果.     

气动光学图像仿真与处理关键技术研究

气动光学效应发生于导弹在大气层中高超声速飞行的过程中,导弹头部的光学头罩与大气发生剧烈的摩擦,对目标图像产生图像传输干扰和热辐射干扰,产生图像模糊、抖动和偏移,对比度降低等气动光学退化效应.对高速导弹退化图像的仿真分为两部分:第一部分是对由高速气流引起的图像的模糊和抖动的仿真.第二部分是对由高速热流产生的图像对比度降低的气动热辐射退化的仿真.对第一部分气动退化图像的仿真,采用根据实际弹道参数(飞行高度,飞行速度,头罩半锥角,攻角)和几种不同流场条件下气动光传输模型模型相结合的方法.根据流场的速度,状态,将高速流场分为湍流场和层流场.根据气动参数和湍流流场光传输模型确定点扩展函数的大小,方差等参数.根据气动参数和层流流场光传输模型确定点扩展函数中心位置的抖动和偏移.实验表明,根据这种方法仿真的气动光学退化图像符合实际情况下不同飞行弹道参数图像的气动退化变化规律和退化程度,与直接数值模拟方法(Direct Numerical Simulations),大涡模拟方法(LarRe Eddy Simulation)等方法相比,适用范围更广,计算量大大降低,并且可以实现实时仿真序列气动退化图像.对第二部分气动热辐射退化图像的仿真,采用对热效应产生的各个过程进行分别仿真建模的方法.首先,对由于高速飞行,头罩与空气摩擦产生的温度场进行建模.利用飞行参数,如飞行高度,飞行马赫数,攻角和高速可压流体模型,计算出头罩表面温度场变化.再根据头罩的材质,厚度和热传导模型计算出头罩平均温度场.根据头罩平均温度场分布,发射率,探测器系统距离,通过普朗克公式得到温度场的辐射功率.最后,根据探测器的物理参数,可以将辐射功率转化为等效信号电压值,得到数字图像的气动热辐射退化灰度值和退化图像.对气动退化图像的处理,采用退化复原算法与实际弹道参数(飞行高度,飞行速度)相结合的方法.与以往的图像复原算法不同,采用的气动退化图像的复原算法利用了先验条件参数,如导弹的飞行高度,飞行马赫数.实验表明,利用这些条件参数,可以更有效、更准确地复原退化图像.结合实际气动弹道参数,实现了最大后验概率算法(MAP算法),总变分算法(TV算法),最大似然算法(ML算法)和相邻帧算法等算法,对气动退化图像进行复原,得到了较为准确和稳定的处理结果.与传统的复原算法相比,程序运行步骤数目减少,算法的处理速度大大提高,复原的准确性也得到了增强,并且可实现序列退化图像实时复原处理.     

喷墨打印钙钛矿光电器件的研究进展

喷墨打印作为一种非接触式、无需掩膜的数字印刷技术,被广泛应用于印刷电路板、光伏组件和显示器件等领域。近年来,金属卤化物钙钛矿作为一种新型的直接带隙离子型半导体材料,受到科研工作者们的广泛关注与研究。利用喷墨打印技术可以对钙钛矿墨滴的分配和沉积过程进行精确调控,为钙钛矿光电器件迈向产业化提供了一种可行的工艺路线。本文从喷墨打印的工作原理出发,分别从墨水制备和打印工艺两个角度概述了喷墨打印钙钛矿光电器件的发展进程,并分析了目前喷墨打印钙钛矿所面临的挑战。同时对基于喷墨打印技术制备钙钛矿光电器件的功能层和电极进行了总结,在此基础上对喷墨打印钙钛矿光电器件未来的发展前景和产业化探索进行了展望。     

微磨料气射流加工特性实验研究

为了获得微磨料气射流加工的一般原理,设计了一套微磨料气射流喷砂实验装置,利用该装置实验调查了射流特性及喷射参数对微磨料气射流加工的影响规律,并结合气固两相流理论对问题进行了分析。得到了微磨料气射流加工中喷射距离、喷射时间和磨料粒度对加工效果的影响规律,最终确定了合理的加工参数。     

两种海面舰船SAR图像仿真方法对比

运用基于图像特征和基于回波信号这两种SAR图像仿真方法,对海面舰船进行SAR成像仿真。根据仿真参数和得到的仿真图像,对比两种方法的优缺点。将基于海浪谱的双尺度动态海面模型和其上舰船3D模型组合,构成海面舰船三维复合模型,并运用小面单元模型,通过射线追踪法(SBR)处理面元之间的遮挡阴影问题,结合物理光学法(PO)来计算面元的散射截面,然后分别基于图像特征和基于回波信号进行SAR图像仿真。得到的仿真图像能较直观地反映两种仿真方法的优缺点。