用微机电系统技术制微型PEMFC及其性能研究

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作者 陈聪 郑丹 +3 位作者 张熙贵 杨辉 夏保佳 李昕欣 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期261-265,268,共6页

采用氧化、光刻、KOH湿法腐蚀和溅射等一系列微机电系统(MEMS)工艺,在n型单晶硅片衬底上制作微型质子交换膜燃料电池(mPEMFC)的精细流场,并用扫描电子显微镜(SEM)观察所形成的流场微观形貌。将加工好的流场板分别与不同的膜电极组件(MEA... 采用氧化、光刻、KOH湿法腐蚀和溅射等一系列微机电系统(MEMS)工艺,在n型单晶硅片衬底上制作微型质子交换膜燃料电池(mPEMFC)的精细流场,并用扫描电子显微镜(SEM)观察所形成的流场微观形貌。将加工好的流场板分别与不同的膜电极组件(MEA)叠片式组装成H2-空气自呼吸式mPEMFC。所制成的单体电池的体积约为0.3cm3,质量不足0.65g。在20℃,相对湿度RH为(60±5)%的室内环境下,用三种不同MEA即Nafion112、Nafion1135自制热压MEA和GorePrimeaR5561MEA组装成的电池,其峰值比功率、体积比功率和质量比功率分别为123、112、58mW·cm-2,410、373、193W·L-1,189.2、172.9、89.2W·kg-1。通过比较上述三种不同mPEMFC的性能,分析了影响电池性能的若干因素。用Nafion1135MEA组装的mPEMFC以50mA·cm-2进行累计260h长时间放电实验,电池电压保持在0.6V以上。 展开更多

关键词 微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC) 微机电系统(MEMS)技术 单晶硅片

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用微机电系统技术制作微质子交换膜燃料电池

2

作者 王涛 陈聪 +1 位作者 张熙贵 夏保佳 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第10期663-667,共5页

采用微机电系统(MEMS)技术,在n型单晶硅片衬底上制作微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的流场板,并用电子扫描电镜(SEM)观察其表面形貌。将它与用Nafion1135质子交换膜以传统热压方法制备的膜电极组装成H2/空气自呼吸式"PEMFC,该电... 采用微机电系统(MEMS)技术,在n型单晶硅片衬底上制作微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)的流场板,并用电子扫描电镜(SEM)观察其表面形貌。将它与用Nafion1135质子交换膜以传统热压方法制备的膜电极组装成H2/空气自呼吸式"PEMFC,该电池的体积为0.28mL,质量不足0.65g。用电化学阻抗谱(EIS)测量了电池装配压缩比与内阻的关系,结果表明:在常温常压下,当压缩比!2%时,随压缩比增加,电池内阻减小,功率性能提高显著;当压缩比为2%时,电池功率性能最好,其峰值比功率约为83mW/cm2;而当压缩比"2%时,这种变化不显著。 展开更多

关键词 微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC) 微机电系统(MEMS) 单晶硅片 压缩比

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具有力感知功能的四臂式MEMS微夹持器研制 被引量：4

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作者 孙立宁 陈涛 +1 位作者 邵兵 李昕欣 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1878-1883,共6页

为使夹持器小型集成化且夹持力可控,采用体硅加工技术研制了一种基于单晶硅的、具有微力检测功能的新型四臂式MEMS微夹持器。以压阻检测技术为基础,利用MEMS侧面压阻刻蚀工艺将力传感器集成在微夹持器的夹持臂末端,实现夹持力的微力检... 为使夹持器小型集成化且夹持力可控,采用体硅加工技术研制了一种基于单晶硅的、具有微力检测功能的新型四臂式MEMS微夹持器。以压阻检测技术为基础,利用MEMS侧面压阻刻蚀工艺将力传感器集成在微夹持器的夹持臂末端,实现夹持力的微力检测。采用有限元软件分析,微夹持器机构和传感器弹性体,并通过S型柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化为夹持臂末段的转动,然后结合四臂式的末段结构,有效地扩展夹持器的夹持范围。利用硅玻璃键合技术实现夹持臂的电隔离,通过施加80V电压,夹持臂的单臂运动范围为25μm,夹持器的夹持范围为30～130μm。实验标定出传感器的最大量程在1mN以上,分辨率为3μN,可以实现夹持力的有效反馈。 展开更多

关键词 微机电系统 MEMS微夹持器 侧面压阻 微操作

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微量试剂分配压电叠堆泵的设计与实验 被引量：3

4

作者 陈立国 邵超 +2 位作者 刘德利 陈涛 朱永杨 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第3期382-385,389,共5页

设计、研制了进行微量、快速、精确试剂分配的压电叠堆泵,研究了压电叠堆泵的结构及工作原理,利用解析法和有限元仿真分析法对泵膜、位移放大机构的静态、动态特性进行了分析和研究,并研究了关键参数对泵性能的影响。对样机进行实验研究... 设计、研制了进行微量、快速、精确试剂分配的压电叠堆泵,研究了压电叠堆泵的结构及工作原理,利用解析法和有限元仿真分析法对泵膜、位移放大机构的静态、动态特性进行了分析和研究,并研究了关键参数对泵性能的影响。对样机进行实验研究,研究了压电叠堆泵的输出流量、压力分别同加载电压及频率的关系,并测试了压电叠堆泵和试剂泵的输出流量的重复精度和精度。实验结果表明,该文研制的压电叠堆泵能满足微量、快速、精确的试剂分配的要求。 展开更多

关键词 微量试剂分配 微泵 压电叠堆 微位移放大机构

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基于压电驱动的靶球筛选操作机理及实验研究 被引量：2

5

作者 陈涛 陈立国 +3 位作者 潘明强 王振华 王家畴 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2012年第1期56-60,共5页

针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究。首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上... 针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究。首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上提出对操作工具施加振动,利用惯性力作用克服粘着力的动态操作方法;同时,结合靶球筛选操作的特点,分析操作控制策略;最后建立了基于压电驱动的微操作实验系统。针对直径φ50～400μm的靶球对象进行操作实验,成功实现了靶球样品的高效、准确拾取和释放,拾取和释放成功率大于90%。 展开更多

关键词 惯性约束聚变 微操作 粘着 压电驱动

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新型高灵敏度低功耗的磁场传感器设计与模拟 被引量：2

6

作者 刘玉菲 赵本刚 +1 位作者 吴亚明 王跃林 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05B期2068-2071,共4页

提出了一种用于微弱磁场检测的新型MOEMS磁场传感器结构,包括MEMS微扭转敏感结构、磁性敏感薄膜和光学检测部分.文中分析了器件的磁敏感原理和光学检出原理,给出了器件的结构参数、模态分析和综合设计考虑,并利用Mat-lab进行了解析计算... 提出了一种用于微弱磁场检测的新型MOEMS磁场传感器结构,包括MEMS微扭转敏感结构、磁性敏感薄膜和光学检测部分.文中分析了器件的磁敏感原理和光学检出原理,给出了器件的结构参数、模态分析和综合设计考虑,并利用Mat-lab进行了解析计算,通过ANSYS进行了模拟仿真分析.分析结果表明:通过双光纤准直器和光电探测器监测微扭转镜面的扭转,该器件可以实现60nT的磁场探测,其探测灵敏度可以达到0.6dB/μT. 展开更多

关键词 MOEMS技术 磁场传感器 扭转微镜面 双光纤准直器

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基于柔性解耦梁和显微视觉的精密同轴定位系统 被引量：2

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作者 陈涛 陈立国 +1 位作者 潘明强 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期2685-2692,共8页

针对偶件装配对同轴度的要求,提出了一种基于柔性解耦梁和显微视觉技术的同轴定位调整系统。为满足同轴度在线调整和轴套的位姿保持,设计了一种"田"字型两自由度柔性解耦梁机构,并结合微动平台和夹具来实现同轴度调整时零件... 针对偶件装配对同轴度的要求,提出了一种基于柔性解耦梁和显微视觉技术的同轴定位调整系统。为满足同轴度在线调整和轴套的位姿保持,设计了一种"田"字型两自由度柔性解耦梁机构,并结合微动平台和夹具来实现同轴度调整时零件轴的精确定位。根据力学原理,建立了柔性梁的刚度模型,结合有限元法进行仿真分析,确定出梁的结构参数尺寸。对同轴定位调整系统中的显微视觉功能和过程进行了设计,并通过Hough算法实现精密同轴定位的实时检测功能,计算出同轴偏差作为调整的数值依据。大量的同轴定位调整实验显示,同轴度定位精度优于8μm,同时大大提高了装配效率。结果表明,该定位调整系统为器件的装配提供了精确的定位参数,可以准确、高效地实现定位装配。 展开更多

关键词 柔性解耦梁 显微视觉 同轴定位

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非荧光法与荧光法芯片检测细菌感染的研究 被引量：1

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作者 曹慧敏 刘勇 +2 位作者 魏社鹏 周范民 赵建龙 《中国感染控制杂志》 CAS 2005年第2期105-108,共4页

目的　研制一种用于快速检测急症常见感染细菌的芯片反应系统。方法　应用生物信息学技术,设计检测细菌的探针和聚合酶链反应扩增引物,探针点制成寡核苷酸芯片,待测样本经扩增并标记生物素或CY5荧光素后与芯片杂交,再经链酶亲和素碱性... 目的　研制一种用于快速检测急症常见感染细菌的芯片反应系统。方法　应用生物信息学技术,设计检测细菌的探针和聚合酶链反应扩增引物,探针点制成寡核苷酸芯片,待测样本经扩增并标记生物素或CY5荧光素后与芯片杂交,再经链酶亲和素碱性磷酸酶显色反应后,获得肉眼可见的杂交信号,或通过荧光检测仪读出样本的检测结果。结果　建立了针对临床急症患者标本的非荧光法与荧光法芯片检测系统,芯片的检测灵敏度(大肠埃希菌)为10～10 0CFU/反应体系。结论　两种方法不仅能快速、灵敏地检测靶细菌感染,且重复性好、信号强及不易出现非特异信号。生物素酶联显色芯片法由于更为经济、简便而有重要的临床价值。 展开更多

关键词 细菌感染 生物素 荧光计 寡核苷酸芯片 实验室技术和方法

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硼氢化钠水解制氢的研究 被引量：21

9

作者 王涛 张熙贵 +2 位作者 李巨峰 钦佩 夏保佳 《燃料化学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期723-728,共6页

采用置换镀的方法在泡沫镍基体上获得不同载钌量的NaBH4水解制氢催化剂。实验结果表明,NaBH4水解制氢反应为零级反应,氢气生成速率随载钌量的增加而变快;当泡沫镍表面完全被钌覆盖时,载钌量为6%,相应的催化能力最强。与离子交换树脂载... 采用置换镀的方法在泡沫镍基体上获得不同载钌量的NaBH4水解制氢催化剂。实验结果表明,NaBH4水解制氢反应为零级反应,氢气生成速率随载钌量的增加而变快;当泡沫镍表面完全被钌覆盖时,载钌量为6%,相应的催化能力最强。与离子交换树脂载钌催化剂相比,泡沫镍载钌催化剂更稳定、耐用。实验还证实,30%比35%的NaBH4水溶液在相同的催化剂作用下更易发生水解反应;NaBH4水溶液中加入少量的NaOH有助于提高钌催化剂的催化性能。通过对NaBH4储氢体系的能量计算,说明采用该氢源体系的微型燃料电池的能量密度有望达到甚至超过锂离子电池的比能量水平。 展开更多

关键词 载钌催化剂 硼氢化钠 氢气生成速率 微型质子交换膜燃料电池

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Ink的状态对微型PEMFC氧电极Pt利用率的影响 被引量：1

10

作者 张熙贵 夏保佳 +2 位作者 刘娟英 郑丹 徐乃欣 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第8期617-620,共4页

电化学极化实验表明,Ink(催化剂与溶剂在超声条件下形成的墨水状浆料)为胶体时,对应的微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)氧电极极化性能相对于Ink为溶液时有明显提高。通过激光粒度实验和扫描电镜实验证实了Ink不同状态时对应的氧电极催化... 电化学极化实验表明,Ink(催化剂与溶剂在超声条件下形成的墨水状浆料)为胶体时,对应的微型质子交换膜燃料电池(PEMFC)氧电极极化性能相对于Ink为溶液时有明显提高。通过激光粒度实验和扫描电镜实验证实了Ink不同状态时对应的氧电极催化层空间状态和厚度存在较大差异。Ink为胶体时催化层Pt簇团聚粒子间隙较大,催化层厚度较低,有利于氧电极的反应传质过程,这是氧电极性能提高的根本原因。循环伏安实验结果发现,Ink为胶体时对应的氧电极Pt的利用率从25.2%提高到31.6%。 展开更多

关键词 微型质子交换膜燃料电池 氧电极 极化性能 Pt利用率

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质子膜表面粗糙化对质子交换膜燃料电池膜电极性能改善研究

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作者 张熙贵 夏保佳 +2 位作者 刘娟英 王涛 钦佩 《中国科学院研究生院学报》 CAS CSCD 2006年第4期472-476,共5页

通过对Nafion117表面粗糙化和“预先溶胀法”制备技术提高了微型PEM燃料电池膜电极的极化性能.循环伏安和交流阻抗等电化学检测方法证明,Nafion117表面粗糙化后扩展了催化层/质子膜三相界面区域,增大了电化学反应的有效活性面积,降低了... 通过对Nafion117表面粗糙化和“预先溶胀法”制备技术提高了微型PEM燃料电池膜电极的极化性能.循环伏安和交流阻抗等电化学检测方法证明,Nafion117表面粗糙化后扩展了催化层/质子膜三相界面区域,增大了电化学反应的有效活性面积,降低了界面的接触阻抗. 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 膜电极 Nafion117 粗糙化 极化性能

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基于体硅工艺的定位平台制作工艺分析 被引量：6

12

作者 王家畴 荣伟彬 +1 位作者 李昕欣 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期636-641,共6页

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度纳米级定位平台。介绍了定位平台的相关制作工艺,并对关键工艺进行了分析,总结了导致器件失效的主要原因,探讨了减... 针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度纳米级定位平台。介绍了定位平台的相关制作工艺,并对关键工艺进行了分析,总结了导致器件失效的主要原因,探讨了减少失效的方法。同时,提出了一种可行的面内侧面压阻加工方法。通过对深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺参数的调整,成功地刻蚀出大尺寸、大深宽比的结构释放窗口,释放了最小线宽为2.5μm,厚度为50μm的梳齿结构。 展开更多

关键词 体硅工艺 深度反应离子刻蚀 背片技术 面内侧面压阻 纳米级定位平台

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多目标拓扑优化设计在纳米定位平台中的应用 被引量：2

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作者 陈立国 张洋 +2 位作者 陈涛 荣伟彬 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第2期228-231,共4页

纳米定位平台在微型机械和精密仪器的设计和制造领域起着重要作用。该文将拓扑优化引入到压电陶瓷驱动的一维纳米定位平台设计中,并利用多目标设计方法对平台的运动和结构需求进行了优化,采用楔形预紧结构对压电陶瓷进行紧密预紧。经有... 纳米定位平台在微型机械和精密仪器的设计和制造领域起着重要作用。该文将拓扑优化引入到压电陶瓷驱动的一维纳米定位平台设计中,并利用多目标设计方法对平台的运动和结构需求进行了优化,采用楔形预紧结构对压电陶瓷进行紧密预紧。经有限元仿真和实验验证,该实验系统输出位移达10μm,定位精度5 nm,耦合误差小于1%。实验证明,该方法为纳米定位平台的设计和制造提供了一种新颖、灵活、有效的方法。 展开更多

关键词 纳米定位平台 拓扑优化 多目标设计 楔形预紧

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基于体硅工艺的集成式定位平台

14

作者 王家畴 荣伟彬 +2 位作者 李昕欣 孙立宁 马立 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期333-340,共8页

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动。利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对... 针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动。利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对定位平台的主要失效模型、静态和动态特性进行详细建模分析,证明了静电梳齿力电耦合所导致的侧壁不稳定以及驱动器的最大稳定输出位移,给出了平台稳定工作条件下梳齿间隙、梳齿初始交错长度以及复合柔性支撑梁的弹性刚度比之间的关系。动态分析时考虑空气阻尼对平台的影响,给出了平台最大运行速度、位移及动态条件下的临界驱动电压并把分析结果应用于平台闭环控制。实验结果表明:驱动电压30 V时,平台稳定输出位移达10μm,机械稳定时间仅为2.5 ms。 展开更多

关键词 体硅工艺 纳米级定位平台 静电驱动 致动机理 特性分析

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