答辩博士：缪兴华
指导教师：汪 炜教授
论文题目：微悬臂梁微细超声制备及其机械特性研究
答辩委员会：
主席：汤文成 教授/博导 东南大学
委员：康 敏 教授/博导 南京农业大学
云乃彰 教授/博导 南京航空航天大学
肖 冰 教授/博导 南京航空航天大学
陈明和 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：刘 壮 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2019年03月22日9:00
地点：南航明故宫校区15#425
微悬臂梁是微机电系统中的常用结构，广泛应用于微调制器、微制动器、微能量采集器、微机械开关等各类微小型器件及设备。传统微悬臂梁加工多采用基于硅的微细加工技术，生产成本高、工艺复杂、制备过程中使用的腐蚀剂等对环境有污染、腐蚀精度不易控制。超薄玻璃以其轻薄、透光率高、光电性能好、耐腐蚀等优点在室内建筑、可穿戴设备、智能手机、平板电脑、能量存储等领域应用广泛，但用作微悬臂梁的基体材料鲜有报道。针对超薄玻璃微悬臂梁制备的难题，本文构建了基于超声振动系统等效阻抗控制策略的微细超声加工系统，采用微细超声加工方法制备了超薄玻璃微悬臂梁，并以超薄玻璃微悬臂梁为基体制备PBZ铁电薄膜，利用逆压电效应研究了超薄玻璃微悬臂梁的机械特性。
论文完成的具有创新意义的研究工作主要包括：
（1）分析了微细超声加工电源的负载特性，自主研发了基于DSP的功率为100W、输出电流峰峰值为0~1200mA的微细超声加工用可编程恒流超声电源。性能测试结果表明，该电源在频率跟踪、功率可调、电流输出及阻抗匹配等方面均能满足微悬臂梁微细超声加工要求。
（2）分析了超声振动系统等效阻抗与加工力和加工间隙的关系，结合超声加工自动进给调节特性，提出基于超声振动系统等效阻抗的微细超声加工自动进给控制策略，阐明了该控制策略的基本原理，在此基础上，设计并实现了基于该控制策略的自动进给调节系统。试验结果表明，该自动进给调节系统响应速度快、加工稳定性高。
（3）研究了超声振动系统的负载阻抗特性，设计制作了微悬臂梁微细超声加工用的超声振动系统(压电换能器、超声变幅杆和工具头统称)。利用ANSYS软件对超声变幅杆模态进行分析，测试结果表明，组装后超声振动系统的谐振频率与设计仿真结果偏差<0.5%。
（4）综合利用以上研究成果，构建超薄玻璃微悬臂梁微细超声加工系统，制备出长宽尺寸小于1000μm、最小厚度为180μm的超薄玻璃微悬臂梁阵列。通过微细超声微小孔加工试验、超薄玻璃微悬臂梁制备试验，研究了基于等效阻抗控制策略的微细超声加工系统的阻抗控制规律。
（5）提出采用溶胶-凝胶法在超薄玻璃微悬臂梁基体上制备压电薄膜的工艺路线，压电薄膜电学性能测试结果表明，PBZ-LaNiO3结构具有比较理想的电滞回线。利用ANSYS软件仿真研究了微悬臂梁基体厚度、压电薄膜厚度对微悬臂梁固有频率的影响，仿真结果的变化趋势与基于逆压电效应的测试结果基本一致，为超薄玻璃微悬臂梁在MEMS领域的广泛应用提供了实验依据。
