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            ○ 繆興華博士答辯公告
            (作者: 來源:機電學院 訪問量:1081 發表時間:2019-03-18)

            答辯博士:繆興華

            指導教師:  煒教授

            論文題目:微懸臂梁微細超聲制備及其機械特性研究

            答辯委員會:

            主席:湯文成  教授/博導    東南大學

            委員:    教授/博導    南京農業大學

            云乃彰  教授/博導   南京航空航天大學

                 教授/博導   南京航空航天大學

            陳明和   教授/博導   南京航空航天大學

            秘書:     副教授/碩導 南京航空航天大學

            答辯時間:201903229:00

            點:南航明故宮校區15#425

             

            微懸臂梁是微機電系統中的常用結構,廣泛應用于微調制器、微制動器、微能量采集器、微機械開關等各類微小型器件及設備。傳統微懸臂梁加工多采用基于硅的微細加工技術,生產成本高、工藝復雜、制備過程中使用的腐蝕劑等對環境有污染、腐蝕精度不易控制。超薄玻璃以其輕薄、透光率高、光電性能好、耐腐蝕等優點在室內建筑、可穿戴設備、智能手機、平板電腦、能量存儲等領域應用廣泛,但用作微懸臂梁的基體材料鮮有報道。針對超薄玻璃微懸臂梁制備的難題,本文構建了基于超聲振動系統等效阻抗控制策略的微細超聲加工系統,采用微細超聲加工方法制備了超薄玻璃微懸臂梁,并以超薄玻璃微懸臂梁為基體制備PBZ鐵電薄膜,利用逆壓電效應研究了超薄玻璃微懸臂梁的機械特性。

            論文完成的具有創新意義的研究工作主要包括:

            1)分析了微細超聲加工電源的負載特性,自主研發了基于DSP的功率為100W、輸出電流峰峰值為0~1200mA的微細超聲加工用可編程恒流超聲電源。性能測試結果表明,該電源在頻率跟蹤、功率可調、電流輸出及阻抗匹配等方面均能滿足微懸臂梁微細超聲加工要求。

            2)分析了超聲振動系統等效阻抗與加工力和加工間隙的關系,結合超聲加工自動進給調節特性,提出基于超聲振動系統等效阻抗的微細超聲加工自動進給控制策略,闡明了該控制策略的基本原理,在此基礎上,設計并實現了基于該控制策略的自動進給調節系統。試驗結果表明,該自動進給調節系統響應速度快、加工穩定性高。

            3)研究了超聲振動系統的負載阻抗特性,設計制作了微懸臂梁微細超聲加工用的超聲振動系統(壓電換能器、超聲變幅桿和工具頭統稱)。利用ANSYS軟件對超聲變幅桿模態進行分析,測試結果表明,組裝后超聲振動系統的諧振頻率與設計仿真結果偏差<0.5%。

            4)綜合利用以上研究成果,構建超薄玻璃微懸臂梁微細超聲加工系統,制備出長寬尺寸小于1000μm、最小厚度為180μm的超薄玻璃微懸臂梁陣列。通過微細超聲微小孔加工試驗、超薄玻璃微懸臂梁制備試驗,研究了基于等效阻抗控制策略的微細超聲加工系統的阻抗控制規律。

            5)提出采用溶膠-凝膠法在超薄玻璃微懸臂梁基體上制備壓電薄膜的工藝路線,壓電薄膜電學性能測試結果表明,PBZ-LaNiO3結構具有比較理想的電滯回線。利用ANSYS軟件仿真研究了微懸臂梁基體厚度、壓電薄膜厚度對微懸臂梁固有頻率的影響,仿真結果的變化趨勢與基于逆壓電效應的測試結果基本一致,為超薄玻璃微懸臂梁在MEMS領域的廣泛應用提供了實驗依據。

             

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