壓電操縱臺的研究及其應(yīng)用.pdf

1、利用壓電作動(dòng)器進(jìn)行微納米尺度物體的操縱相比于其他方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：對操縱物體無選擇性、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡易、驅(qū)動(dòng)電路簡單、成本低廉，等等。
　　本課題的主要工作圍繞一種可以用于驅(qū)動(dòng)微米尺度物體旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)納米物質(zhì)向中間位置移動(dòng)形成斑點(diǎn)或使得納米線呈現(xiàn)徑向排列的壓電操縱臺展開的，主要研究內(nèi)容如下：
　　2008年胡俊輝等人提出了一種利用楔形板的彎曲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)微顆粒圍繞節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方法。在其基礎(chǔ)上，本論文首先通過有限單元法研究了微顆粒旋轉(zhuǎn)的機(jī)

2、理。結(jié)果表明，振動(dòng)節(jié)點(diǎn)周圍在電激勵(lì)下會產(chǎn)生局部旋轉(zhuǎn)行波，即為微顆粒旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力；且局部旋轉(zhuǎn)行波的產(chǎn)生與楔形板根部不對稱的振動(dòng)激勵(lì)有關(guān)；振動(dòng)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)隨楔形板寬度的增加而增加。
　　以上述理論為基礎(chǔ)本文設(shè)計(jì)了一種用于驅(qū)動(dòng)不同種類微顆粒圍繞節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的壓電操縱臺。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過改變壓電操縱臺的激振頻率可以改變微顆粒的旋轉(zhuǎn)方向。通過理論和實(shí)驗(yàn)的分析表明，微顆粒旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)理為圍繞振動(dòng)節(jié)點(diǎn)的局部旋轉(zhuǎn)行波。微顆粒的旋轉(zhuǎn)速度可以通過壓電操縱臺的激

3、振頻率與驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行控制。壓電操縱臺可以驅(qū)動(dòng)不同數(shù)量的微顆粒圍繞振動(dòng)節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。
　　結(jié)合納米物質(zhì)操縱的具體需求，對上述壓電操縱臺進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠驅(qū)動(dòng)壓電操縱臺上表面液滴中的銀納米線向中間位置聚集形成斑點(diǎn)或呈現(xiàn)徑向排列，且在關(guān)掉電源并自然風(fēng)干后，斑點(diǎn)和徑向排列沒有變化。通過理論和實(shí)驗(yàn)的分析得到了液滴內(nèi)部的聲學(xué)流動(dòng)情況，提出了聲學(xué)流動(dòng)模型，依據(jù)模型解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。斑點(diǎn)的直徑、厚度和銀納米線的徑向移動(dòng)速度可以通過調(diào)節(jié)壓電操縱臺中心點(diǎn)的