毕业论文（参考）微纳惯性器件运动界面纳米效应基础问题研究.docVIP

项目名称： 微纳惯性器件运动界面纳米效应基础问题研究 刘晓为 哈尔滨工业大学 2012.1至2016.8 信息产业部 本项目针对运动界面共性问题开展以下四个科学问题研究： 目前，对微结构的研究大都局限于在常规工作环境中的机电耦合分析。对于更为复杂的新型微纳惯性器件，不仅涉及到典型的微纳机电结构，而且还需考虑微纳结构的界面效应、流体等问题，其相应的控制机理会与常规尺度有根本的不同。微纳运动结构的工作区域通常处于封闭、动态和狭小的限域空间内相对于一般开放空间而言，其界面的浸润性、粘附性呈现不同的变化规律界面性能在动态环境下能否保持稳定？限域空间内界面效应对微纳器件的敏感结构特性的影响是否遵循一定的规律？由于界面效应而导致的流体流动状态的变化对运动结构的动力学行为具有什么样的影响？针对以上问题，需要围绕限域空间内微纳结构运动界面纳米效应及调控这一关键科学问题，开展以下方面的研究： 由于MEMS器件的比表面积远大于常规机械器件，因此运动速度和稳定性强烈地依赖于运动面的特性，特别是在采用固液体系的MEMS器件中，固液界面上的浸润性、粘附性将对器件的性能影响。另外，多数MEMS器件的运动界面处于封闭、动态流体、动态压强环境下，其浸润和粘附性将不同于常规开放、常压、静态准静态环境，需要有针对性地研究界面纳米效应在限域空间内的规律性和内在理。，将开展如下研究： 限域空间内结构表面及化学组成对浸润性、粘附性等界面效应的影 响 限域空间内动态环境下的稳定性及内在原理 温度变化对表面浸润性、粘附性的影响及调控方法 限域空间特定的器件材料、结构以及流固材料的匹配性对不同速度条件下界面纳米效应的影响 在微纳中，表面力的作用随尺度减小而增大，摩擦力和力等表面力。在微纳器件中，摩擦力主要来自界面分子原子的相互作用。纳米效应将改变近壁面和限域空间内流体的流变特性，也在很大程度上决定着流固界面的粘附和滑移，进而影响的运动阻力。，将开展如下研究： 产生特殊纳米效应流固材料优化匹配准则 界面纳米效应对固体近壁面和限域空间内流体流变特性的影响 界面纳米效应对流固界面滑移和界面粘滞阻力特性的影响 运动界面力学行为对能量耗散影响机理 微纳流固界面的纳米效应直接影响限域空间内流体的流动状态。运动壁面附近的流动状态会对流固界面的粘滞阻力产生影响。在限域空间内流体会因粘滞力作用而产生热量，导致系统温升。流体的粘温特性和系统的热特性将由于温升而发生变化进而影响系统的，将开展如下研究：界面纳米效应对近壁面及限域空间内流体流动状态的影响 界面纳米效应对流固界面处热生成、热传导的影响 界面效应对热特性的影响 高性能微纳惯性器件微纳运动界面要求变得更为特殊与复杂。材料微观结构调控和制备方法、跨尺度精密制造以及多种材料和工艺的兼容性对微纳惯性器件的影响已经成为亟待解决的问题。对现有材料及其加工原理和技术提出了新的挑战，如：加工表面形貌浸润和粘附性的超对称、超平超低应力超持久耐摩擦微纳运动结构微米尺度织构、纳米结构析出相形态精确控制针对以上问题，需要围绕微惯性器件跨尺度制造机理与控制这一关键科学问题，开展以下方面的研究：功能材料现有材料很难满足高性能微纳惯性器件的需要开展微纳惯性器件材料和运动界面功能纳米结构制备方法研究，材料的微观结构、制备方法等对其性能的影响机理。，将开展如下研究：微纳器件功能材料制备微纳器件表面特殊浸润层及稳固结构形成条件自适应、自组装腐蚀掩膜生长条件及形成机理 运动界面纳米功能材料损伤机理界面纳米功能材料组装条件及其在特定环境中的行为 微纳惯性器件中存在超对称跨尺度关键微结构，对制造工艺提出了前所未有的挑战。不能通过现有的加工制造方法简单改进来实现微结构的制造，而是应该基于全新的加工理论，开展结构的新加工方法和制造机理研究。，将开展如下研究： 超对称、超平微纳跨尺度近无应力加工方法与高性能微纳惯性器件纳米功能多种多样，其制备方法更为复杂，同时微制造的器件结构和表面质量等因素又会对纳米功能材料产生显著影响。微纳惯性器件表面的特殊浸润层材料强度、耐损伤等性能与微纳器件结构的材料、表面质量等因素息息相关。这就要求从不同材料出发，探索工艺兼容性，实现多种材料复杂结构微纳器件，将开展如下研究：多材料、复结构的兼容制造 微纳器件、尺寸和性能制造技术 微纳器件一体化集成封装技术 高速运动下的微纳结构有着很大的不同，这对影响需要通过测试来评价。的如浸润性和粘附性表征，但限域空间内运动结构有效表征手段多场动力学测试尚无有效手段高速动的微纳表面流体动均可能与经典理论的前提假设相违背限域空间内流流动行为缺少有效流流动行为针对以上问题，需要围绕微这一关键科学问题，开展以下方面的研究：（1）限域空间内微纳运动表征 限域空间内微纳运动界面的表征，将