液体中纳米物质超声操控装置及其分析

发布时间：2017-07-15 14:04

  本文关键词：液体中纳米物质超声操控装置及其分析

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【摘要】：声学操控方法具有很多优点,比如:对操控的对象没有选择性,可应用的领域相对较广;对生物样品具有比较小的热损伤;结构相对简单紧凑,重量较轻。本文提出了一种在非振动基板上的液膜中聚集纳米颗粒的方法。该方法是利用平行于基板并且在超声范围振动的声学针在液膜中产生的声学流来聚集纳米颗粒的。位于液膜中的声学涡流驱动纳米颗粒向涡流中心运动,最终在中心位置形成纳米颗粒组成的斑点。为了深入研究聚集纳米颗粒的实验现象和原理,我们用有限元方法进行了分析和验证。利用超声方法可以驱动基板上液膜中单根银纳米线旋转。由微型操控探针尖部在超声范围内振动产生的可控的移动声学流用于驱动基板上液膜中任意位置的单根银纳米线旋转。驱动纳米线旋转的方法在许多领域都有潜在应用,比如微纳米结构的组装,生物样品的定向,微纳米物体特性的动态测量等等。为了优化用于驱动单根银纳米线旋转的超声换能器,我们利用三维有限元方法建模并且分析了这个超声换能器的振动特性和各个参数对器件工作特性的影响。通过分析发现,不管是我们改变振动传递梁的材料,还是改变振动传递梁的几何结构参数,超声器件能够正常工作的频率依然存在,并且此时的工作频率与之前的频率数值相比会发生改变。同时,我们也发现只要合理的改变振动传递梁的几何结构尺寸,驱动银纳米线旋转的微型操控探针尖部的椭圆运动可以做反向运动。为了保证器件的工作稳定性,应该避免微型操控探针尖部振动振幅明显变大,因此微型操控探针的长度Lm和驱动该器件的电压频率必须避免微型操控探针发生共振。
【关键词】：旋转驱动 单根纳米线 超声 声学流 非振动基板 聚集 纳米颗粒
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TB559
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 引言12
• 1.2 国内外对微纳米物质的超声操控的研究现状12-22
• 1.2.1 微纳物体的超声捕捉13-17
• 1.2.2 微纳物体的超声聚集17-18
• 1.2.3 微纳物体的超声旋转驱动18-22
• 1.3 课题研究内容概述22-24
• 1.3.1 研究目的和范围22
• 1.3.2 本研究的主要工作内容以及创新点22-23
• 1.3.3 研究路线及方法23
• 1.3.4 研究的预期结果及其对现实指导意义23-24
• 1.4 论文组织结构24-25
• 第二章 超声操控微纳米物质的理论基础25-35
• 2.1 声学理论基础25-26
• 2.1.1 声学定义25
• 2.1.2 发展前景25-26
• 2.1.3 声辐射力26
• 2.2 压电理论基础26-34
• 2.2.1 压电效应26-27
• 2.2.2 压电材料27-32
• 2.2.3 压电方程32-33
• 2.2.4 压电材料的振动模式33-34
• 2.3 压电换能器34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 聚集纳米颗粒的超声换能器35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 聚集纳米颗粒的换能器的结构设计及实验平台搭建35-38
• 3.2.1 聚集纳米颗粒的超声换能器的结构设计35-36
• 3.2.2 实验平台搭建36-38
• 3.3 聚集纳米颗粒的实验研究38-44
• 3.3.1 聚集纳米颗粒的实验现象38-40
• 3.3.2 聚集纳米颗粒的原理分析40-41
• 3.3.3 聚集纳米颗粒特性及其讨论41-44
• 3.4 聚集纳米颗粒的有限元分析44-48
• 3.4.1 聚集纳米颗粒的超声器件的有限元模型44
• 3.4.2 有限元仿真结果与讨论44-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 驱动单根银纳米线旋转的超声换能器49-69
• 4.1 引言49
• 4.2 驱动单根银纳米线旋转的实验研究49-54
• 4.3 驱动单根银纳米线旋转的超声换能器的有限元分析54-68
• 4.3.1 驱动单根银纳米线旋转的超声换能器的有限元模型54-58
• 4.3.2 超声换能器上振动传递梁振动状态对器件的影响58-61
• 4.3.3 超声换能器上振动传递梁材料参数对器件的影响61-65
• 4.3.4 超声换能器上振动传递梁几何参数对器件的影响65-66
• 4.3.5 超声换能器上微型操控探针对器件的影响66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 全文总结及展望69-71
• 5.1 本课题研究的主要贡献69
• 5.2 课题展望69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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1 李奕t，

本文编号：544201