本文關(guān)鍵詞：W-Pt微納熱電偶批量制備裝置的研制

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【摘要】：溫度是生命十分重要的參數(shù)之一,正是由于地球距離太陽適中的位置才使得地球保持全年平均溫度在15℃左右,地球上的生命得以產(chǎn)生和延續(xù)。溫度對生命的影響體現(xiàn)在對構(gòu)成生命體的基本單位——細胞。單細胞測溫是上個世紀(jì)九十年代興起的一項新的研究技術(shù),在微加工技術(shù)得到很大發(fā)展的背景下,制造出能適應(yīng)細胞尺寸大小的測溫工具成為可能。微納熱電偶因為具備制作簡單,成本低廉和測溫精度較高等優(yōu)點而得到研究者的廣泛關(guān)注。在已有研究報道中,基于微玻璃移液管構(gòu)成的熱電偶和同軸式金屬熱電偶因為具有良好的錐形形貌,堅固的基底材料,較高的Seeback系數(shù),快速的響應(yīng)時間和良好的生物相容性可很好的滿足單細胞溫度的測量要求。同時,目前W-Pt微納熱電偶的制作存在著諸如制作時間長,性能不穩(wěn)定等缺陷,限制了相關(guān)研究課題的研究進展。而W-Pt微納熱電偶的性能優(yōu)劣直接影響單細胞測溫結(jié)果好壞,合格的W-Pt熱電偶尖端曲率半徑在亞微米乃至納米尺寸(500nm以下),熱電偶W內(nèi)極尖端錐度為20°以下,Seeback系數(shù)盡可能大(一般能達到4.0-10.0μV/K之問),因此研制能實現(xiàn)快速制作性能穩(wěn)定的W-Pt微納熱電偶裝置可以推動單細胞測溫相關(guān)研究的發(fā)展。本文介紹了一套能快速制備性能的W-Pt微納熱電偶裝置,該裝置是基于Android手機平臺和STM32平臺,實現(xiàn)了W-Pt微納熱電偶自動化制備,能對W內(nèi)極制備過程進行實時監(jiān)測,同時可以對熱電偶制作過程的關(guān)鍵參數(shù)進行采集、顯示和存儲。文中對裝置研制的三個方面做了詳細的介紹,前兩章介紹了單細胞測溫發(fā)展和熱電偶的基本原理。接著介紹了裝置的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計,詳細描述了裝置各功能模塊的結(jié)構(gòu)。然后分別從裝置的硬件和軟件兩個方面介紹了裝置的電氣控制系統(tǒng)。最后通過對裝置各項測試和熱電偶制作試驗結(jié)果分析介紹了裝置的實際制作效果。通過對比分析該裝置制作的W-Pt微納熱電偶的光學(xué)顯微鏡和電子掃描顯微鏡(SEM)圖像結(jié)果,可以得出該裝置制作的W-Pt微納熱電偶的鎢針尖端曲率半徑約為300nmm,錐角小于18°,Seeback系數(shù)為4.0-8.0μV/K之間且均一性較好。結(jié)果表明該裝置很好的實現(xiàn)了W-Pt微納熱電偶的批量、快速、穩(wěn)定的制作目標(biāo),為后續(xù)該熱電偶應(yīng)用于單細胞測溫研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：單細胞測溫 W-Pt微納熱電偶 裝置研制 STM32 Android軟件開發(fā)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH811
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 單細胞測溫發(fā)展11-13
• 1.3 微納熱電偶原理與應(yīng)用13-16
• 1.3.1 熱電偶原理及優(yōu)點13-14
• 1.3.2 微納熱電偶研究進展14-15
• 1.3.3 微納熱電偶發(fā)展方向15-16
• 1.4 本論文完成的工作16-18
• 第二章 W-Pt微納熱電偶批量制備裝置研究的系統(tǒng)設(shè)計18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 W-Pt微納熱電偶制備過程18
• 2.3 納米級W針尖的制備方法介紹18-20
• 2.3.1 電化學(xué)腐蝕法制備W針尖的原理介紹19-20
• 2.3.2 納米級W針尖的制備裝置設(shè)計20
• 2.4 介質(zhì)層快速包裹方法介紹20-21
• 2.4.1 介質(zhì)層快速包裹方法20-21
• 2.4.2 介質(zhì)層快速包裹裝置設(shè)計21
• 2.5 W-Pt熱電偶外極制備方法介紹21-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 裝置結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計與實現(xiàn)24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 裝置模塊設(shè)計與實現(xiàn)介紹24-29
• 3.2.1 電化學(xué)腐蝕模塊設(shè)計25-26
• 3.2.2 清洗模塊設(shè)計26-27
• 3.2.3 烘干模塊設(shè)計27-28
• 3.2.4 包裹模塊設(shè)計28-29
• 3.3 模塊轉(zhuǎn)移工作臺設(shè)計29-30
• 3.4 裝置傳動單元設(shè)計30-31
• 3.4.1 工作臺轉(zhuǎn)移導(dǎo)軌模組設(shè)計30
• 3.4.2 鎢針升降步進電機模組設(shè)計30-31
• 3.5 本章小結(jié)31-32
• 第四章 裝置電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)32-46
• 4.1 引言32
• 4.2 裝置電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32-33
• 4.3 裝置電源設(shè)計33-34
• 4.4 主控制模塊的設(shè)計34-39
• 4.4.1 主控模塊芯片選型34
• 4.4.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計34-36
• 4.4.3 腐蝕電路設(shè)計36-37
• 4.4.4 驅(qū)動電路設(shè)計37-38
• 4.4.5 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計38-39
• 4.4.6 主控制模塊實現(xiàn)39
• 4.5 輔助控制模塊設(shè)計39-43
• 4.5.1 輔助控制模塊芯片選型40
• 4.5.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計40
• 4.5.3 開關(guān)電路設(shè)計40-42
• 4.5.4 驅(qū)動電路設(shè)計42
• 4.5.5 輔助控制模塊電路板實現(xiàn)42-43
• 4.6 無線傳輸模塊設(shè)計43-44
• 4.7 Android手機終端44
• 4.8 本章小結(jié)44-46
• 第五章 裝置的電氣控制系統(tǒng)程序設(shè)計與實現(xiàn)46-60
• 5.1 引言46
• 5.2 裝置的電氣控制系統(tǒng)程序數(shù)據(jù)流程圖46-47
• 5.3 主控制模塊程序設(shè)計47-52
• 5.3.1 主處理器程序設(shè)計47-51
• 5.3.2 協(xié)處理器程序設(shè)計51-52
• 5.4 輔助控制模塊程序設(shè)計52-53
• 5.5 裝置遙控和數(shù)據(jù)采集終端程序設(shè)計53-59
• 5.5.1 程序功能設(shè)計與實現(xiàn)53-58
• 5.5.2 程序控制流程58-59
• 5.6 本章總結(jié)59-60
• 第六章 裝置系統(tǒng)總成及裝置參數(shù)分析60-72
• 6.1 引言60
• 6.2 裝置的總成與參數(shù)60-62
• 6.2.1 裝置的總成60-61
• 6.2.2 裝置的工作參數(shù)61-62
• 6.3 納米級W針尖制作測試62-65
• 6.3.1 實驗設(shè)計62
• 6.3.2 納米級W針尖腐蝕結(jié)果分析62-64
• 6.3.3 W針尖腐蝕過程電流分析64-65
• 6.4 清洗模塊測試65
• 6.5 烘干模塊測試65-66
• 6.6 包裹模塊測試66-69
• 6.6.1 實驗設(shè)計66-67
• 6.6.2 包裹模塊結(jié)果67-69
• 6.6.3 包裹模塊濕度監(jiān)測結(jié)果69
• 6.7 W-Pt微納熱電偶定標(biāo)實驗69-70
• 6.7.1 水浴定標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計69-70
• 6.7.2 定標(biāo)實驗結(jié)果分析70
• 6.8 本章小結(jié)70-72
• 第七章 總結(jié)和展望72-74
• 7.1 總結(jié)72-73
• 7.2 展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-80
• 作者簡介80

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