摘要：本文基于对称的类H型结构设计了一种超材料太赫兹带阻滤波器,这种H型结构的连续金属臂可以流通电流。利用电磁仿真软件CST Microwave Studio 2021研究了该滤波器的滤波特性。通过改变H型双臂间距臂长、周期长度、双H间距离等,确定了滤波器的几何参数。结果表明,该结构可实现偏振选择的功能,在y偏振条件下,滤波器在0.2~2.3 THz范围内没有明显的谐振峰,但透过率范围在-15到-3 dB之间。而在x偏振条件下,在中心频率1.34 THz处可获得FWHM带宽为0.15 THz的一个阻带,传输参数约为-30 dB。最后,采用微加工工艺制备了超材料滤波器样品以验证仿真结果,使用透射式太赫兹时域光谱系统对样品进行测试,测试结果与仿真结果吻合较好。

摘要：利用锆钛酸铅(PZT)的逆压电效应,设计并制备了膜片式压电微泵。通过将电能转换为机械能,实现了液体的微流体控制。微泵由微驱动器与单向微阀两部分组成;微驱动器主要为液体流动提供驱动力,单向微阀则用于精确控制液体的流动方向。通过对PZT-Si膜片的位移量、位移形状的仿真分析,确定了微驱动器的设计尺寸,并估算其液体驱动性能。利用共晶键合工艺、研磨减薄工艺、硅深反应离子刻蚀工艺和准分子激光加工工艺等制备出了微驱动器和单向微阀。最后,设计了驱动测试实验,检测了微泵的液体驱动性能。测试结果表明:所制备的膜片式压电微泵驱动的谐振频率约为70kHz,能驱动微米量级的液体位移或运动。当微泵驱动电压为30Vp-p、频率为600Hz时,液体的驱动流速约为65μL/min。该微泵具有体积小,线性度好等特点。

摘要：利用生理参数变化及情绪变化研究了声光融合效应问题,系统探讨了西方大调、小调音乐、3种单色光源(波长分别为623,537,445 nm)与2种不同色温(色温分别为3000,6000 K)白光对人体的影响。实验结果表明,人们对音乐的生理响应强于灯光的刺激作用,双因素刺激下的生理感知度比单因素更强烈,且音乐在声光融合环境中起主导作用。音乐和灯光双环境因素同时刺激情绪时,会产生交互作用,且两情绪正相关的环境刺激叠加可以增强情绪的感知,为音乐灯光表演秀或沉浸式互动照明的设计提供了理论支撑和意见。

摘要：微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90°,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm×10 mm的30×30个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248μm、厚度约82μm。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。

摘要：利用块材钛酸锆铅(PZT)材料的逆压电效应设计并制备了可用于微泵驱动的压电驱动器,通过5种结构模型的仿真分析确定了压电驱动器的隔膜式结构,在获取较大中心位移的同时有效提高了结构强度,增加了驱动器的适用性。工艺上通过键合、减薄、激光烧蚀及硅的湿法刻蚀工艺完成了器件的制备,施加频率10 Hz和100 Hz的交变信号测出了中心膜片位移与对应电压的关系,施加峰峰值为1 V的信号测得共振频率为70 kHz。基于制备的压电驱动器设计并制备了机械式带止回阀的微泵,经测试泵入、泵出功能正常。当对微泵外加峰峰值为30 V、频率为500 Hz的驱动电压信号时,每分钟能驱动的液体流量为55μL。该驱动器的驱动效果好,可进一步结合不同的微阀设计制备性能更加优良的微泵。

摘要：设计并仿真了一种压阻式六自由度力传感器及其测量电桥,采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备了以单晶硅为结构材料的六自由度力传感器,完成了传感器芯片的封帽式封装。压阻式六自由度力传感器的尺寸为5 mm×5 mm×3 mm,由传感器芯片、探测柱和封装外壳组成。基于流体的绕流阻力效应,完成了压阻式六自由度力传感器水流流速检测实验。实验证明,该传感器的量程为0~0.55 m/s,可以灵敏检测到低速水流的波动性变化,并且传感器在水流速度为0.45~0.55 m/s的测量范围内灵敏度较高。利用单晶硅材料易于小型化、滞后极小的特点,该六自由度力传感器响应快、环境适应性强、可批量制造。

摘要：为了获得高性能、较低成本的压电微驱动器,设计了悬臂梁式压电微驱动器。利用压电性能优良的块材压电陶瓷（PZT）材料和硅（Si）基板通过共晶键合工艺接合,结合硅片切割、PZT减薄和激光烧蚀及硅的湿法刻蚀工艺完成了微驱动器的制备。对设计的悬臂梁式压电微驱动器的前端位移输出和共振频率进行了理论分析和仿真。工艺上以0.9μm厚的金（Au）层为中间层键合块材PZT和预制好沟槽的硅基板,利用物理研磨减薄的方法将块材PZT的厚度降至30μm左右,Si基板背面用湿法刻蚀的方法形成凹槽,随后利用准分子激光器对PZT层进行烧蚀加工至预制沟槽。制备的悬臂梁式微压电驱动器的大小为1 450μm×300μm×69.8μm。搭建测试系统测量确定了10 Hz交变频率、0-20 V电压下的尖端输出位移-电压曲线,并在电压峰峰值为0.2 V的条件下测得压电微驱动器的共振频率为18.43 kHz。悬臂梁式压电微驱动器所用的PZT材料压电性能高、均匀性好,器件尺寸小、位移输出大、频率响应快。该方法可用于批量制造微驱动器,以进一步降低成本。

摘要：将悬臂梁结构与平行平板型结构相结合,研发了一种挠曲式静电驱动微电子机械系统(MEMS)微反射镜。为了实现大扭转角度、小驱动电压的设计目标,通过仿真实验进行对比分析,确定了微反射镜的相关尺寸。采用低压化学气相沉积、光刻、反应离子刻蚀和溅射等工艺,成功制备出了一种具有三层多晶硅结构的微反射镜。在制备过程中得出氢氟酸去除牺牲层(磷硅玻璃)释放出微反射镜结构的最佳刻蚀时间为45 s。制作了开关频率为200 kHz的MOSFET高速驱动电路,电路中的栅极驱动电阻(R_(G))是影响输出的关键因素。实验结果表明,当R_(G)额定功率为300 W、电阻为47Ω时,微反射镜能够达到足够启动速度,实现高速开关的设计目标。最后,设计并搭建了微反射镜的测试系统,施加60 V的驱动电压进行测试,通过显微镜观察到微反射镜的明显动作变化以及屏幕上光斑的位移变化,表明制备的微反射镜可正常驱动。

摘要：为了使工业机器人可以稳定、高效地完成夹持任务,设计并制备了三种不同结构的微压阻式力传感器。利用热氧化、硼扩散掺杂、光刻、反应离子刻蚀、物理气相沉积和阳极键合等微电子机械系统(MEMS)加工工艺在绝缘体上硅(SOI)基底上制备出了尺寸均为2 mm×2 mm×0.5 mm的三种微压阻式力传感器。通过封装前后对三种传感器在z方向上的应力灵敏度测试,结果表明第二种传感器的灵敏度较佳,封装前可达0.18 mV/mN,封装后仍可达0.096 mV/mN,仅减少了0.084 mV/mN,仍具有良好的线性关系,输出特性的趋势与预计一致。同时,这三种不同结构的传感器各方向之间的串扰均小于5%,非线性小于满量程的3%。通过封装前后力传感器性能对比,为优化此类传感器设计提供了实验数据,为后续配置在机器人的指尖上实现高效、稳定的操作提供了参考。

摘要：针对便携式设备的电源存在能量密度不够、电池寿命短、回收利用困难以及难以实现小型化等问题,设计了一种氢气作为燃料的微型往复式引擎来替代小型电源,其整体设计尺寸为52 mm×43 mm×4 mm。利用绝缘体上硅(SOI)基板制作了微型往复式引擎的零部件,包括上下盖板、燃烧室、活塞、弹簧和点火装置等;利用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀(ICPRIE)得到垂直度接近90°的硅燃烧室、活塞等部件;利用Au-Si共晶键合等关键工艺,保证了上、下盖板与燃烧室等部件之间的气密性。为了验证微引擎的的可行性,搭建了一套测量燃烧压及活塞往复运动的实验装置,测得最大燃烧压约为50 kPa,活塞最大行程长度为1.6 mm,因此其具有广阔的应用前景。