微／纳米冰镊操作器执行过程的数值模拟.pdfVIP

维普资讯 第 19卷 第 5期 传 感 技 术 学 报 Vo1．19 No．5 2006年 10月 CHINESEJOUI~NAL OF SENSORS AND ACTUATORS Oct．2006 NumericalSimulationonOperatingProcessofFreezeTweezerfor ManipulationofMicro／NanoObjects YANGYang，L，UJing (TechnicalInstituteofPhysicsandChemistry．ChineseAcademyofSciences，Beijing100080，China) Abstract：Asanew kindofmicro／nanomanipulationtool，freezetweezerwasenabledbyusingthefreezing forceofasmallvolumeofnucleotideicetomanipulatemicro／nanoobjects．Itallowsnotonlythesimple actionssuchaspicking—up，releasing，butalsothecomplexmanipulationslikepullingandrotatingobjects withanyshape，electriccharge，weight，materialorcharacter．Such devicecanbeintegratedwithother machinesSOastoconstructcertainautomaticfacilityinmicrosense．Followingtheworkingprincipleofthe freezetweezer，thispaperisaimedtonumericallysimulatetheoperationbehaviorsofthefreezetweezerby usingthecorrespondingfluidmechanicsandheattransfermodels．Throughthiscomprehensiveanalysis， theworkingfeaturesandcontrollingactivitiesofsuchdevicecanbewellunderstood，whichallowsforfur— therdesigningandoptimizationofthemicro／nanofreezetweezers． Keywords：micromanipulation；freezetweezer；numericalsimulation；micro／nanodevice EEACC：11982 微 ／纳米冰镊操作器执行过程的数值模拟 杨 阳，刘 静 (中国科学院理化技术研究所 ，北京 100080) 摘 要：冰镊是一种借助于针尖与作用对象之间形成的极微小冰晶来实现对物体灵巧操纵的微／纳米操作技术，应用该器件 不仅可以实现如拾取、摆放等简单动作 ，更可以方便地实施如拉伸、旋转等复杂操作，且不受对象的形状、带电与否、重量 、材 料以及质地等限制，并可与其它机构结合，组成微观意义上的自动化设备．针对冰镊的工作原理，基于相应的流体力学及传热 学数学模型，从数值计算角度对微纳米尺度下冰镊的执行过程进行了模拟，在此基础上可望更好地理解冰镊的工作状态及控 制过程，从而有助于设计优化新的微 ／纳米冰镊器件． 关键词 ：微操作；冰镊；数值模拟；微 ／纳米器件 中图分类号：TBl26 文献标识码：A 文章编号：1004-1699(2006)05-1673-04 近期，国际上在微／纳米操作技术方面的研究如 意的加工和组装出三维MEMS元件，还可用以操纵 火如荼，展示了一个有重