1. 研究目的与意义(文献综述)
微悬臂梁传感器以其体积小、结构简单、成本低、灵敏度高等优点在生物和化学领域获得了广泛的研究和初步地应用。当前微悬臂梁成为扫描探针显微镜(spm)的关键组成部分之一。作为高灵敏度的纳米传感器原件,微悬臂梁已经广泛应用于原子力显微镜(afm)、磁力显微镜(mem)、扫面电子显微镜等,作为检测探针和样品之间作用力的敏感原件。
微悬臂梁不仅可以检测微小作用力,还可以检测如温度、质量、场强,液体密度和粘度等物理量、具有纳米级分辨率和灵敏度。并且因为微悬臂梁传感技术易阵列化以及便于与其它电路模块高度集中成为一体的特点而成为国内外研究的热点,例如基于微悬臂梁的生物传感器工作在动态模式时梁共振频率的变化可以反应检测目标,研制了生物传感器系统,该系统主要用来梁的激励和检测、提高品质因子、控制温度。
最近报道了一种基于微悬臂梁的纳米尺寸的生化传感器,可以实现而且无需标记的dna检测,有可能成为新一代的生物芯片。微悬臂梁的传感器最重要的优点是具有极高的灵敏度,这不仅和梁的几何形状有关,而且和所覆盖的树脂材料及其厚度有关。研究人员曾经采用各种技术来提高这些传感器的灵敏度,例如减小它们的尺寸,优化覆盖层的厚度。
2. 研究的基本内容与方案
第一部分论文前期将对之前已有的参考文献中的微悬臂梁的制作工艺进行了解以便对后来的实验做好准备;在做好基本的准备后便开始制作不同尺寸的微悬臂梁,通过实验得到不同尺寸的微悬臂梁的共振频率,可以通过做实验对实验中的制作工艺作进一步讨论,有什么可以改进的地方。
第二部分仔细研究别人关于微悬臂梁弹性常数的计算方法,讨论不同计算方法对同一尺寸的弹性模量的预测效果,分析、比较哪种方法更接近真实,误差小,最后得出结论,在什么情况下用什么方法好以及原因即针对不同尺寸的微悬臂梁有什么方法得到的弹性常数会更接近真实。各方法对不同尺度微悬臂梁的预测,由计算结果,分析不同尺度对弹性模量的影响,从材料结构角度分析影响的机理。
第三建立有限元的模型针对第二部分的结论,建立不同的模型验证上面的结论,通过数值模拟得到结构的共振频率以及应力,最后得到同一尺度梁的计算的最接近真实的方法,并通过归纳和总结得到不同方法在什么尺寸范围使用会跟接近真实。并对结构尺寸以及材料设计方面提出你的观点和建议。
3. 研究计划与安排
第1-2周:查阅关于纳米复合材料计算理论与微悬臂梁成型工艺的相关文献
第3周;完成开题报告
第4-7-周:制作微悬臂梁并完成实验
4. 参考文献(12篇以上)
[1]kaiyang,zhigangli,yupengjing,dapengchen,tianchunyeasimplepredictionmethodforcompositerectangularmicrocantileverswithequalwidthandthedimensionaloptimization【j】microelectronicsjournal401196–1201
[2]s.nimamahmoodia,naderjalilipiezoelectricallyactuatedmicrocantilevers:anexperimentalnonlinearvibrationanalysis【j】sensorsandactuatorsa150131–136
[3]hai-fengji*andbenjamind.armonapproachestoincreasingsurfacestressforimprovingsignal-to-noiseofmicrocantileverssensors.【j】anal.chem.82,1634–1642
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