Или для вашего удобства загрузите браузер Google Chrome для просмотра веб-страниц в высоком качестве.

• стр.
• Разное
• Интернет и компьютеры

Сколько нано содержится в одном микро? Чтобы установить ссылку на эту международную систему единиц СИ — метрическую — Конвертер единиц микро в нано , только вырежьте и вставьте следующий код в свой html.
Ссылка будет отображаться на вашей странице как: в Интернете конвертер единиц из микро (µ) в нано (n)

Онлайн-калькулятор преобразования микро в нано | convert-to.com преобразователи единиц © 2021 | Политика конфиденциальности

Конвертер микро [μ] в нано [n] • Конвертер метрических префиксов • Разные конвертеры • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц

Конвертер длины и расстоянияМассовый конвертерКонвертер сухого объема и общих измерений при варке и конвертер работыПреобразователь мощностиПреобразователь силыКонвертер времениЛинейный конвертер скорости и скоростиКонвертер углового КПД, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселПреобразователь единиц информации и хранения данныхКурсы обмена валютЖенская одежда и размеры обувиМужская одежда и размеры обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер удельного ускорения Инерционный преобразователь Конвертер момента силы Преобразователь крутящего момента Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу) Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на единицу массы). Конвертер температурного интервалаКонвертер температурного интервалаКонвертер теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиКонвертер плотности тепла, плотности пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер абсолютного абсолютного расходаПреобразователь массового расходаКонвертер молярной скорости потока Конвертер вязкостиПреобразователь поверхностного натяженияКонвертер проницаемости, проницаемости, проницаемости водяного параКонвертер скорости передачи водяных паровКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияПреобразователь яркостиКонвертер световой интенсивностиКонвертер яркостиЦифровой преобразователь разрешения изображения в оптическую плотность (оптическая длина волны) Конвертер оптической частоты и длины волны Мощность (диоптрия) в Ма Конвертер gnification (X) дБм, дБВ, ватт и другие единицыПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаПреобразователь плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифрового изображения Конвертер единиц измерения объема древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Обзор

В этой статье мы поговорим о метрической системе и ее истории. Мы рассмотрим, как она эволюционировала от самых ранних известных измерительных систем, и обсудим, чем она является сейчас, с рассмотрением ее расширения, системы СИ.

Для наших предков, которые жили в мире, полном опасностей, возможность измерения вещей в естественной среде была окном в понимание природных явлений, способом осмыслить свое окружение и получить некоторый контроль над этой средой. . Вот почему люди с давних времен изобретали и постоянно улучшали различные измерительные системы. В первые дни, как и сегодня, наличие измерительной системы было важно для строительства жилья, пошива одежды, для повседневной деятельности, такой как приготовление пищи, и, конечно же, для торговли.Многие считают, что изобретение и принятие метрической системы и Международной системы единиц, СИ, является одним из величайших достижений в науке и технике, а также в развитии человечества.

Ранние измерительные системы

Ранние измерительные системы использовали знакомые объекты для измерения и сравнения. Например, многие считают, что система base 10 является прямым результатом того, что у нас есть 10 пальцев рук и 10 пальцев ног. Наши руки, так сказать, всегда с нами, поэтому издревле люди считали пальцами.Однако мы не всегда использовали систему единиц с основанием 10, а метрическая система — относительно недавнее изобретение. Системы единиц развивались независимо в каждом регионе, и хотя в этих системах были некоторые сходства, большинство из них были достаточно разными, чтобы создавать трудности при переходе между этими системами после развития торговли между странами.

Ранние системы измерения сильно зависели от измерений объектов, окружавших людей, которые разработали эти системы, а несоответствия частично были результатом изменения размеров этих объектов.Например, длина основывалась на длине частей тела, а объем и масса основывались на объеме и массе семян и других мелких предметов. Ниже мы рассмотрим эти агрегаты более подробно.

Длина

Локоть и ладонь

Длина в Древнем Египте измерялась в локтя , а затем в королевских локтях , причем локоть — это длина от локтя до кончика вытянутого среднего пальца. Таким образом, королевский локоть был локтем, измеренным на царской особе, фараоне.На основе этого измерения был создан прототип, и он был общедоступным, чтобы люди могли создавать свои собственные прототипы. Это, конечно, была довольно условная единица, которая менялась с каждой новой преемственностью. Древние вавилоняне использовали похожую систему с немного другими значениями для меньших единиц.

Локоть был разделен на более мелкие единицы, такие как ладони , руки , футов и цифры , которые были представлены шириной ладони, кисти, стопы и пальца соответственно.В это время была сделана некоторая абстракция при согласовании количества цифр на ладони (4), руке (5) и локтевом (28 в Египте и 30 в Вавилоне) вместо того, чтобы каждый раз измерять их.

Масса

Веса, с другой стороны, основывались на массе отдельного семени, зерна, фасоли или другого подобного объекта. Классическим примером этого является до сих пор используемая единица массы карат и , которая сейчас используется для измерения драгоценных камней. Первоначально он был основан на весе семян рожкового дерева.В разных регионах часто использовались эти более мелкие единицы, такие как семена, и более крупные единицы, которые часто были кратными единицам меньшего размера. Эти более крупные единицы часто имели артефакты, которые имели стандартизированный вес, как правило, из камня. Стоимость этих единиц варьировалась от региона к региону, и каждая большая единица часто состояла из 60, 100 или другого количества меньших единиц. Поскольку ни стоимость единиц, ни количество единиц, на которые они были разделены, не были универсальными, возникали путаница и разногласия, когда торговцы из разных регионов торговали друг с другом.

Объем

Изначально объем также измерялся с использованием этих мелких предметов. Например, объем контейнера, такого как кувшин или котел, будет определяться количеством небольших предметов относительно одинакового размера, например семян, которые помещаются в контейнер. Отсутствие стандартизации вызвало те же проблемы с единицами измерения объема, что и с единицами измерения массы и длины.

Развитие различных систем измерения

Греки построили свои измерительные системы на основе египтян и вавилонян, а римляне построили свои на основе греческой системы.Затем эти системы распространились по Европе посредством торговли и завоеваний. Мы должны упомянуть, что здесь мы обсуждаем только основные системы, но было много других, поскольку в каждой местности была потребность в обмене предметами и, следовательно, в измерительной системе. Некоторые из этих областей и местных сообществ не имели системы письма или не вели письменные записи, и теперь мы не можем проследить, каковы были их системы измерения.

Из-за разрозненного развития измерительных систем и внешних влияний из разных источников через торговлю и завоевание существовало много региональных вариаций измерительных систем.Это различие было не только между странами, но и внутри страны, часто из-за того, что местные лорды, правители и знать сопротивлялись объединению, чтобы сохранить свою власть в этом районе. По мере развития путешествий, торговли, промышленности и науки, а также по мере того, как страны стремились к объединению в своих границах, возникла необходимость в единой системе мер.

Еще в 13 веке, а, возможно, и раньше, ученые и философы обсуждали создание единой измерительной системы.Только во время Французской революции и последующей колонизации различных регионов мира Францией и другими европейскими странами, которые приняли эту новую систему, новая система измерения была разработана и принята по всему миру. Эта новая система была десятичной метрической системой . Это была система по основанию десяти, а это означало, что меньшие единицы, взятые в степени десяти, составляли более крупные единицы. То есть большая единица делится на десять меньших единиц, и каждая из этих меньших единиц делится на десять еще меньших единиц, и так далее.

Как мы видим, не все ранние измерительные системы были с основанием 10. Удобство использования системы с основанием 10 состоит в том, что наша наиболее часто используемая система счисления также является десятичной системой, поэтому ее легко преобразовывать между меньшими и большими единицами измерения. . Многие ученые считают, что основание десять произвольно и что мы используем его только потому, что у нас десять пальцев, и что если бы у нас было другое количество пальцев, наша система счисления была бы другой.

Метрическая система

Первоначально единицы метрической системы основывались на артефактах длины и веса, как и в более ранних системах измерения.Метрическая система претерпела эволюцию, и ее зависимость от артефактов изменилась на зависимость от природных явлений и констант, присутствующих в природе. Например, единица времени, секунда, была определена сначала как определенная часть тропического 1900 года. Однако было невозможно проверить эту константу экспериментально во все годы, следующие за 1900 годом, поскольку было невозможно проверить Измерьте в этом году, как только он закончится. Чтобы решить эту проблему, второй позже был переопределен как определенное количество циклов излучения, испускаемого при изменении состояния атома цезия-133.Единица измерения расстояния, метр, была связана с длиной волны света, излучаемого атомом криптона-86, но позже была переопределена как расстояние, которое свет проходит в вакууме в течение определенного периода времени.

Метрическая система превратилась в Международную систему единиц, или СИ, и эти два термина часто используются как взаимозаменяемые. Следует отметить, что традиционно метрическая система включает единицы измерения массы, расстояния и времени, в то время как СИ — это расширенная система, которая включает больше основных единиц, как мы обсудим ниже.

SI

SI работает с семью стандартными базовыми единицами: килограмм (кг) для массы, секунды, (с) для времени, метра (м) для расстояния, кандела, (кд) для силы света. , моль, (моль) для количества вещества, ампер, (А) для электрического тока и кельвина, (К) для температуры. Все остальные единицы являются производными от этих семи.

Только килограмм по-прежнему зависит от артефакта, а остальные единицы зависят от констант, встречающихся в природе и природных явлениях.Это удобно, потому что константы или природные явления, на которых основаны эти единицы, могут быть проверены в любое время, и нет риска потери или повреждения артефактов, и нет необходимости создавать дубликаты артефактов, чтобы сделать их доступными по всему миру. Это устраняет ошибки, связанные с дублированием физических объектов, тем самым обеспечивая большую точность.

Метрические префиксы

Для обозначения величин, которые являются кратными или частичными базовыми единицами, SI использует префиксы с именами базовых единиц.Ниже приведен список всех используемых префиксов и значений, к которым они относятся:

Например, 5 гигаметров равны 5 000 000 000 метров, а 3 микроканделы равны 0.000003 кандел. Интересно отметить, что, несмотря на то, что у килограмма есть префикс, на самом деле это базовая единица. Таким образом, приведенные выше префиксы применяются к грамму вместо этого, считая грамм базовой единицей.

На момент написания большинство стран мира приняли СИ, за исключением трех: США, Либерия и Мьянма. Канада и Великобритания до сих пор используют имперские единицы вместе с СИ в некоторых сферах, хотя СИ является официальной системой единиц.

Эту статью написала Екатерина Юрий

У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

Вычисления для конвертера Metric Prefixes Converter производятся с использованием математики с unitconversion.org.

Нано / Микромасштабная теплопередача | SpringerLink

Это существенно обновленное и дополненное второе издание добавляет более 200 страниц текстового покрытия и ряд новейших разработок в области переноса тепла в наномасштабе. В Nano / Microscale Heat Transfer, 2-е издание, д-р Чжан расширяет свой проверенный в классе текст, чтобы включить спектроскопию теплопроводности, методы термоотражения во временной и частотной областях, квантовый размерный эффект на удельную теплоемкость, когерентный фонон, минимальную теплопроводность, интерфейс теплопроводность, материалы термоинтерфейса, двухмерные листовые материалы и их уникальные термические свойства, мягкие материалы, моделирование из первых принципов, гиперболические метаматериалы, магнитные поляритоны, а также новые эксперименты с излучением в ближней зоне и численное моделирование.На основе более чем 12-летнего использования, исследовательского опыта автора и отзывов преподавателей книга была реорганизована по многим разделам и дополнена большим количеством примеров и домашних заданий. Квалифицированным преподавателям также доступны решения отдельных проблем на защищенном паролем веб-сайте.

• Существенно обновляет и дополняет широко распространенное оригинальное издание, добавляя более 200 страниц и много новых иллюстраций;

• Учитывает отзывы студентов и преподавателей о десятилетнем использовании в классе;

• Разъясняет концепции с множеством примеров и иллюстраций;

• Поддерживает студенческое применение теории с помощью 300 домашних заданий;

• Максимизирует понимание читателем теплофизических свойств и процессов на микро / нанометровом уровне, а также способов их применения в теплофизических науках и технике;

• Содержит коды MATLAB для работы с эффектами размера и температуры на теплопроводность, удельную теплоемкость наноструктур, тонкопленочную оптику, RCWA и излучение в ближней зоне.

Теплопередача Учебник для аспирантов Наноразмерный теплоперенос микромасштаб теплопередача наноразмерный теплоперенос микромасштаб теплопередача наноразмерное тепловое излучение фононы электроны фононы баллистическая теплопроводность ближнее поле тепловое излучение наноструктуры наноматериалы нанотехнологии

Курс по микро- и наномасштабным процессам передачи энергии | Инженерные курсы

ME50300

Кредитные часы:

Цель обучения:

Описание:

В этом курсе подробно рассматривается перенос энергии в микро- и наноструктурах. Из первых принципов исследуется физическая природа переноса энергии тремя носителями (электронами, фононами и фотонами), а также взаимодействия между этими носителями.Свойства объемного материала, такие как теплопроводность и электрическая проводимость, выводятся из статистических теорий переноса частиц, и влияние пространственного ограничения на эти свойства оценивается количественно. После изучения фундаментальных физических принципов, курс сосредоточен на современных инженерных приложениях, таких как межфазная теплопередача, теплопередача в полупроводниковых материалах, квантовых ямах и проводах, а также устройствах прямого преобразования энергии, таких как термоэлектроника. Заявки носят междисциплинарный характер и не предполагают предварительной экспертизы.

Охватываемые темы:

Пререквизиты:

Прикладная / Теория:

Веб-адрес:

Веб-контент:

Домашнее задание:

Проекты:

Экзамены:

Учебники:

Требования к компьютеру:

Минимальные требования ProEd:

Стоимость обучения:

интермодальная связь, внутренний резонанс и синхронизация

Philos Trans A Math Phys Eng Sci.2018 28 августа; 376 (2127): 20170141.

Департамент машиностроения и аэрокосмической техники, Государственный университет Огайо, Колумбус, штат Огайо 43210, США

Опубликовано Королевским обществом. Все права защищены.

Abstract

Обширное развитие микро / наноэлектромеханических систем (MEMS / NEMS) привело к технологиям, которые демонстрируют отличные характеристики в широком диапазоне приложений как в прикладных (например, зондирование, отображение, синхронизация и обработка сигналов), так и в фундаментальных науках ( е.грамм. проблемы квантового уровня). Многие из этих выдающихся приложений выигрывают от резонансных явлений за счет использования механических резонаторов микро / наноразмеров, которые часто изготавливаются в виде балочной, мембранной или пластинчатой ​​структуры. На начальном этапе разработки при проектировании и применении учитывается одна из форм колебаний (обычно основная мода) резонатора. Однако в последнее десятилетие растет интерес к использованию более чем одной моды колебаний для расширенной функциональности MEMS / NEMS.В этой статье мы рассматриваем недавние исследовательские усилия по изучению нелинейной связи и передачи энергии между несколькими модами в микро / наномеханических резонаторах, уделяя особое внимание интермодальной связи, внутреннему резонансу и синхронизации.

Статья является частью тематического выпуска «Нелинейный перенос энергии в динамических и акустических системах».

Ключевые слова: нелинейный резонанс, микро / нано-электромеханические системы, внутренний резонанс, синхронизация, интермодальная связь, микро / наномеханический резонатор

1.Введение

Достижения в микромасштабных технологиях изготовления привели к широкому развитию микро / нано-электромеханических систем (MEMS / NEMS), позволяя интегрировать сложные механические и электрические элементы в миниатюрные устройства. Их компактные размеры, огромная гибкость материалов и конструкции, а также присущая им мультифизическая природа позволяют этим устройствам демонстрировать замечательные характеристики для различных приложений со сверхнизким энергопотреблением. Их производительность в значительной степени зависит от функциональности механических компонентов, которые часто предназначены для механического движения на своих резонансных частотах или вблизи них.Высокое качество конструкции в сочетании с уменьшенной эффективной массой позволяет таким механическим резонаторам работать на очень высоких резонансных частотах и ​​с чрезвычайно высокими коэффициентами Q (то есть низким демпфированием). Эти полезные характеристики обеспечивают основу для исключительных характеристик в приложениях MEMS / NEMS на основе резонаторов. Примеры включают чрезвычайно чувствительные датчики, устройства сбора механической энергии [1], высокочастотные радиочастотные (RF) электронные компоненты [2,3], микро / нанореле [4,5] и полевые транзисторы [6,7].

Для большинства микро / наномеханических резонаторов одна из форм колебаний используется для выполнения их конструктивных целей в их приложениях. Например, резонансные датчики MEMS / NEMS отслеживают изменения частоты или амплитуды одной из резонансных мод, вызванные внешним воздействием массы / силы на резонатор. В этом случае активированный резонансный режим моделируется как гармонический осциллятор с одной степенью свободы (SDOF) либо путем рассмотрения модели с сосредоточенными параметрами, либо путем применения редукции модели к уравнению непрерывной системы (например,грамм. Пучок Эйлера – Бернулли). Однако в последние десятилетия растет интерес к использованию богатых динамических функций для использования в практических приложениях MEMS / NEMS, поскольку развитая технология изготовления и схемы преобразования предоставляют значительные возможности для реализации, адаптации и использования их богатого динамического поведения. Одна из основных областей интереса — использование нелинейных свойств, возникающих из различных источников в устройствах MEMS / NEMS. К ним относятся геометрическая нелинейность, нелинейный внешний потенциал, нелинейное затухание и инерционная нелинейность, все из которых хорошо объяснены в предыдущих обзорах [8–12].

В последнее время наблюдается возрастающий интерес к изучению множественных режимов посредством модального связывания. Мультимодальная функциональность MEMS / NEMS может быть достигнута либо путем соединения двух или более механических резонаторов с помощью электростатических, оптических и механических сил, либо путем нелинейного связывания двух или более мод колебаний в едином резонаторе. В линейном контексте соединение двух механических резонаторов через упругую пружину было обычным явлением в конструкциях МЭМС-фильтров [13–16] и инерционных датчиков [17–19] с ранней стадии разработки.Для измерения массы многомодовые измерения резонатора или связанных резонаторов стали новой парадигмой для повышения чувствительности и точности [20–23]. Поворотным моментом стало то, что в начале 2000-х годов сложная нелинейная динамика, характеризуемая электростатически связанной решеткой микропучков [24], и локализация собственных мод, наблюдаемая в решетке микрокантилеверов, механически связанных через общий выступ [25, 26], привлекла внимание и послужила стимулом для теоретических и теоретических исследований. экспериментальные работы в поле. Для достижения когерентного отклика от этих систем микро / нанометров также было начато исследование синхронизации механических осцилляторов.Следовательно, модальная связь стала важной проблемой при проектировании и анализе MEMS / NEMS, где соответствующая разработка механизмов модальной связи приводит к беспрецедентно богатым нелинейным функциям, которые открывают новые возможности для решения фундаментальных квантовых проблем, проблем преобразования и проектирования. В то же время внутренний резонанс, достигаемый за счет обеспечения интегрального отношения частот между связанными модами, также вызывает значительный интерес как механизм, способствующий более сильной связи и передаче энергии.

Таким образом, мы стремимся предоставить обзор предыдущих и текущих исследований, связанных с нелинейным взаимодействием между резонансными модами в микро- и наномеханических резонаторах. Нелинейный характер связи мод вызывает различные интересные явления, и в этом обзоре основное внимание уделяется (i) нелинейной интермодальной связи в механическом резонаторе, (ii) внутреннему резонансу и его применениям и (iii) фазовой синхронизации в механических осцилляторах.

2. Нелинейная интермодальная связь

В то время как микро / наномеханический резонатор часто моделируется как осциллятор SDOF при возбуждении одной из мод, теоретически существует бесконечное количество мод колебаний в непрерывной системе.Когда две или более из этих мод возбуждаются одновременно в нелинейном резонаторе, систему с одним резонатором следует моделировать как генераторы с несколькими степенями свободы (MDOF), связанные друг с другом, в то время как задействованные моды связаны внутри; это называется (нелинейной) интермодальной связью. Наиболее распространенным типом микро / наноструктур, которые использовались для изучения нелинейных интермодальных взаимодействий, являются балки, трубки, мембраны и диски, все границы которых закреплены на якоре. Эти устройства подходят для запуска нелинейных интермодальных взаимодействий между двумя или более колебательными модами за счет напряжения, вызванного смещением в конструкции.Этот механизм похож на поведение закалки, вызванное растяжением, обычно моделируемое уравнением Дуффинга для системы SDOF. Даже в нерастяжимой конструкции, такой как кантилевер с одним свободным концом, нелинейное модальное взаимодействие может возникать из-за нелинейностей кривизны и инерции [27,28]. Диссипативная связь — еще один механизм, который был предложен для связи колебательных мод в неподвижно-неподвижном пучке, включающем приставку наноразмерного пучка [29,30]. Во всех этих случаях интермодальное взаимодействие изменяет демпфирование и / или жесткость модального отклика.Связанные уравнения движения для описания механического резонатора, вызывающего две модальные реакции, можно обобщить следующим образом:

2,1

где — модальная координата; ω _i и Q _i — линейная резонансная частота и добротность, описывающие линейные динамические аспекты каждой моды; и являются членами, проявляющими нелинейность в общем динамическом отклике за счет модуляции модального демпфирования, жесткости и инерции относительно динамических движений вызванных мод, тогда как γ ₁₂ и γ ₂₁ являются коэффициентами линейной связи.Обратите внимание, что функции и могут вызывать нелинейность из-за амплитуды и скорости как своей собственной моды, так и другой моды, когда они связаны. Например, возникает кубическая нелинейная жесткость и члены связи (т.е. в первом модальном уравнении в (2.1). Геометрия, материал, граничные условия и схемы преобразования должны определять типы этих функций и коэффициенты связи, чтобы изменить глобальную нелинейную динамику резонатор с нелинейными интермодальными взаимодействиями.Обычно, когда две колебательные моды активируются одновременно, нелинейное модальное взаимодействие должно влиять на модальное резонансное поведение, изменяя резонансную частоту и / или коэффициент Q .

Баскаран и др. . [31] сообщил об одной из самых ранних работ, в которых экспериментально наблюдали модальную связь в крутильном осцилляторе в 2003 году. Устройство показало невырожденную параметрическую связь между крутильными модами, поскольку оно было электростатически возбуждено в сумме первой и второй мод. Для интермодальной связи с прямым возбуждением Westra et al . [32] сообщили о подробных экспериментальных характеристиках интермодального взаимодействия в микрорезонаторе в 2010 году. Балка из монокристаллического кремния с закрепленными обоими концами, показанная в a , возбуждалась на двух частотах, близких к первой и третьей моде изгиба, и ее динамика контролировались в каждом режиме. b , c показывают, что резонансная частота третьей моды увеличивается относительно амплитуды первой моды. Используя модальное взаимодействие, резонанс второй моды может быть обнаружен путем отслеживания сдвига частоты на первой резонансной частоте, как показано в d . Такая схема обнаружения резонанса, использующая интермодальное взаимодействие, также использовалась в более поздних работах [33–35]. В этих работах интермодальная связь использовалась в качестве инструмента для получения спектра механической конструкции путем отслеживания сдвига частоты первой моды с помощью схемы фазовой автоподстройки частоты, в то время как сигнал вспомогательного привода сканировался для других (более высоких) режимов.Этот механизм был также предложен для выполнения квантового неразрушающего измерения уровня возбуждения путем измерения сдвига фазы вспомогательного колебания, которое внутренне связано с модой возбуждения [36].

Модальное взаимодействие в дважды зажатом микропучке [32]. ( a ) Экспериментальная установка с цветным SEM-изображением луча резонатора. ( b ) Колебания большей амплитуды в первой моде ( A ₁ ) увеличивают резонансную частоту моды 3.( c ) Резонансная частота режима 3 увеличивается за счет увеличения амплитуды первой моды ( A ₁ ). ( d ) Резонанс второй моды можно обнаружить, отслеживая сдвиг первой резонансной частоты. (Онлайн-версия в цвете.)

Простейший подход к моделированию был предложен в [37] с использованием исключительно линейного члена связи, в котором напряжение смещения постоянного тока используется для связи двух ортогональных плоских и внеплоскостных мод струны нитрида кремния.Авторы далее изучили диабатические переходы в адиабатические между двумя модами в области сильной связи. В Truitt и др. . В [38] механизм линейной и нелинейной связи был исследован в зажимно-зажатом нанопучке, приводимом в действие электростатическим способом. Здесь нелинейная связь снова была вызвана растяжением, зависящим от смещения, что привело к сдвигу частоты. Авторы также обнаружили, что электростатическая настройка позволяет вырожденным модам, вызванным линейной связью, что привело к изменению собственной частоты (т.е. избегание пересечения резонансных частот). Квадратичная связь также может возникать в кольцевых мембранных резонаторах [39,40] или при статическом отклонении в системе [41]. Чтобы экспериментально охарактеризовать точную интермодальную связь, Matheny et al . [42] предложили экспериментальный протокол, реализующий высоколинейную схему трансдукции.

В более поздних работах Кастелланос-Гомес и др. . В [28] было показано, что механизм интермодального взаимодействия может быть различным в резонаторе из углеродных нанотрубок (УНТ).По сравнению с кремниевыми системами, в которых модальная связь определяется растяжением, вызванным смещением, и приводит только к эффектам упрочнения жесткости, одноэлектронное туннелирование в УНТ обеспечивает связь между модами на шесть порядков сильнее. Следовательно, управляя внешним напряжением затвора, связь может быть адаптирована для смягчения жесткости или повышения жесткости, как показано на. Более того, высокочастотная перестраиваемость и способность выдерживать большие деформации, достижимые в резонаторах из УНТ и графена, делают их идеальными для исследования нелинейных явлений, связанных с перестраиваемой интермодальной связью [40,41,43].Также сообщалось, что существует модальная связь между плоскими и вихревыми модами в фиксированной-фиксированной УНТ [44] и между изгибными модами в фиксированной-свободной УНТ [45]. Связанная мода может ограничивать амплитуду саморезонирующего осциллятора через механизм модальной передачи энергии.

Модальное взаимодействие в резонаторе из углеродных нанотрубок [28]. ( a ) Резонансная частота режима A смещается в сторону более низких частот, когда РЧ-сигнал второго генератора достигает резонансной частоты режима B.( b ) При немного более высоком напряжении затвора тенденция меняется, и модальное взаимодействие увеличивает резонансную частоту режима A. ( c ) В зависимости от напряжения затвора интермодальное соединение может вызывать эффект смягчения жесткости или повышения жесткости. . (Онлайн-версия в цвете.)

Интермодальная связь также используется как механизм для настройки рассеяния механических мод [27,40,43,46–48]. В этих работах внутренне связанная вторичная мода рассматривается как механический (фононный) резонатор как аналог фотонного резонатора в оптомеханике резонатора [49].Так же, как это достигается в оптомеханических системах резонатора, механическое возбуждение боковой полосы позволяет управлять коэффициентом Q и достигать механически индуцированной прозрачности, как показано на.

Охлаждение основной моды через фононный резонатор [46]. ( a ) Энергия в первой моде может быть передана фононному резонатору путем накачки энергии на частоте антистоксовой боковой полосы. ( b ) Более высокий уровень откачки потребляет больше энергии из первого режима.( c = d ) При более высоких уровнях антистоксовой накачки почти вся энергия смещения передается фононному резонатору, что приводит к уменьшению доли качества Q ₁ и температуры T первой моды. (Онлайн-версия в цвете.)

3. Внутренний резонанс

Нелинейная связь и связанный с ней нелинейный перенос энергии становятся сильнее, когда задействованные моды соизмеримы или почти соизмеримы с целочисленным отношением частот [50], которое называется внутренним резонансом или автопараметрическим резонансом.Когда внутренне связанные моды работают на хорошо разделенных и несоизмеримых частотах, эффект связи довольно скромен по сравнению со случаем внутреннего резонанса, в котором глобальная динамика и резонансная кривая могут быть полностью изменены. Одной из интересных особенностей, обеспечиваемых внутренним резонансом, является явление насыщения амплитуды: выше пороговой силы, запускающей сильную нелинейную модальную связь, энергия, накачиваемая в управляемом режиме, передается в неуправляемый, внутренне резонансный режим, а затем амплитуда ведомого режима. насыщен, чтобы быть постоянным.

Чтобы реализовать внутренний резонанс в устройстве, обычно требуется тщательная конструкция конструкции, чтобы обеспечить интегральное соотношение между частотами мод. Однако в микро / наносистемах такие атрибуты, как возможность перестройки частоты, сильно нелинейная связь и низкое демпфирование, делают достижение внутреннего резонанса относительно возможным. Например, Younis & Nayfeh аналитически исследовали возможность активации внутреннего резонанса 3: 1 в микропучковом резонаторе с электростатическим приводом, когда частоты мод изменяются под действием приложенного постоянного напряжения [51].В недавнем исследовании Ли и др. . В [52] внутренний резонанс в подобной системе был исследован более тщательно на основе метода множественных масштабов для описания резонансных кривых, нелинейного переноса энергии и кривых профиля колебаний. Авторы также выполнили бифуркационный анализ Хопфа, чтобы определить влияние расстройки частоты и уровня электростатической силы на силу модального взаимодействия. В связи с экспериментальным исследованием вышеупомянутых микрочипов, нелинейный внутренний резонанс массива микропучков был также исследован аналитически [53–55].Другое аналитическое исследование было проведено Вьясом и др. . [56–59], и авторы предложили уникальную Т-образную структуру для исследования характерных особенностей внутреннего резонанса для приложений MEMS. Этот подход был распространен на гиперупругую пластину с нелинейностью материала [60]. Более поздние аналитические исследования внутреннего резонанса можно найти в [61–64].

В то время как многие теоретические исследования внутреннего резонанса процветали в 2000-х годах, экспериментальная реализация и приложения начали созревать, начиная с начала 2010-х годов.Насколько известно авторам, Антонио и др. . [65] впервые сообщил о внутреннем резонансе, встречающемся в лучевом резонаторе, в котором частота третьей моды оказалась примерно в три раза больше частоты первой моды. Учитывая нелинейную передачу энергии через внутреннюю связь между этими двумя модами, авторы использовали внутренний резонанс как механизм стабилизации частоты в генераторе MEMS, как показано на рис. Кривая упрочнения нелинейного резонанса первой моды в b показывает резкий провал на частоте f _ir , где возникает внутренний резонанс.В этом состоянии внутреннего резонанса высокочастотная мода истощает механическую энергию из первой моды, чтобы снизить ее модальную амплитуду, одновременно генерируя высокочастотный пик на 3 f _ir . Используя нелинейный энергетический механизм, выходная частота генератора MEMS на основе этого резонатора была стабилизирована в пределах диапазона, в котором выполнялось условие внутреннего резонанса (см. c ). В другой работе Киркендалла и др. . в 2013 г. [66] подобный резкий провал резонансного отклика кристалла кварца наблюдался из-за модального взаимодействия 1: 1.В более поздней работе той же группы [63] наблюдались богатые мультистабильность и динамические бифуркации в экспериментально измеренных параметрах отражения в электроупругой кристаллической пластине из-за внутреннего резонанса 1: 3. Авторы исследовали влияние скорости развертки частоты на результирующую нелинейную динамику, и, что интересно, их эксперименты смогли зафиксировать резкие изменения отклика относительно скорости развертки.

Стабилизация частоты за счет механизма внутреннего резонанса [65].( a ) Микропучковый резонатор и принципиальная электрическая схема для генератора MEMS. ( b ) Резонансная кривая первой моды с резким падением на верхней ветви амплитудной кривой при f _ir , потому что часть механической энергии первой моды передается в более высокочастотную моду через механизм внутреннего резонанса. Соответственно, резонанс высокочастотной моды на 3 f _ir дает пик в спектре выходной мощности.( c ) Средняя частота и амплитуда колебаний MEMS. График зависимости частоты (амплитуды) от управляющей амплитуды сглаживается, когда достигается условие внутреннего резонанса. (Онлайн-версия в цвете.)

Примерно в то же время и после этого внутренний резонанс также наблюдался в наномеханических системах на основе новых наноматериалов, таких как УНТ [41], графен [40] и MoS ₂ [67]. Поскольку частота мод наноматериалов легко настраивается, условие внутреннего резонанса целочисленного отношения частот между модами более вероятно выполняется в настраиваемом диапазоне частот, как показано в a – c .В то время как резонансная частота была настроена от 62 до 84 МГц путем изменения напряжения затвора, М-образная форма частотной характеристики, которая характерна для внутреннего резонанса, наблюдалась около 70 МГц. В микромасштабных устройствах была применена тщательная оптимизация для удовлетворения соразмерного условия для разработки H-образного резонатора с внутренним резонансом 1: 2 [68,69]. Экспериментальная характеристика этих систем ясно показала характерные динамические особенности, обусловленные внутренним резонансом, экзотической М-образной резонансной кривой, нелинейной передачей энергии и амплитудным насыщением, как показано в d – f .Также сообщалось об автопараметрическом усилении в микромеханическом дисковом резонаторе из-за внутреннего резонанса между вырожденными колебательными модами, когда частоты этих мод электростатически настраиваются для идеального согласования [70].

( a – c ) Внутренний резонанс в резонаторе из углеродных нанотрубок (УНТ) [41]. ( a ) Цветное СЭМ-изображение подвешенной УНТ со схематическим видом системы сбоку внизу. ( b ) Контурная карта резонансной частоты как функции напряжения затвора показывает возможность высокочастотной перестройки УНТ.( c ) Графики частотной характеристики при увеличении напряжения затвора слева направо, в то время как напряжения переменного тока в электродах затвора и истока остаются постоянными. Характерный М-образный резонанс наблюдается при включении внутреннего резонанса (символ ○). ( d – g ) Внутренний резонанс 2: 1 в H-образном резонаторе [68]. ( d ) СЭМ-изображение H-образного резонатора с электродами срабатывания и детектирования. ( e ) Экспериментальная кривая внутреннего резонанса при увеличении уровня воздействия.( f ) Результаты моделирования показывают передачу энергии между двумя смещениями координат, X и Y , из-за внутреннего резонанса. ( г ) Насыщение амплитуды в управляемом режиме при срабатывании внутреннего резонанса. (Онлайн-версия в цвете.)

Внутренний резонанс также использовался в конструкции микрокантилевера для создания многочастотной атомно-силовой микроскопии (АСМ) [71–76]. Различные схемы многочастотной АСМ были разработаны для характеристики образца за пределами топографии [22].Для бимодальной АСМ, одного из типичных многочастотных методов, две моды микрокантилевера возбуждаются и обнаруживаются для одновременного измерения топографии и карты состава материала [77,78]. Однако недавние работы показали, что микрокантилевер, специально разработанный для реализации внутреннего резонанса, может запускать два режима даже при одночастотном возбуждении. В частности, в [73–76] микрокантилевер был разработан с внутренней лопастью, как показано на, так что линеаризованные частоты ведущих изгибных мод основного кантилевера и внутренней лопасти находятся в рациональном соотношении 1: n .Когда нелинейность включается в динамику из-за сильных негладких нелинейных взаимодействий зонд-образец, возникающих во время операции АСМ-отвода, сильная n -я гармоническая составляющая пассивно запускается в отклике лопасти через механизм внутреннего резонанса. Посредством подробных экспериментальных и теоретических исследований эффективность конструкции консоли была продемонстрирована, чтобы показать, что сигнал n -й гармоники, усиленный за счет внутреннего резонанса, обеспечивает более высокую чувствительность к составу материала по сравнению с сигналом первой гармоники.

Многочастотная атомно-силовая микроскопия, реализованная с помощью новой конструкции микрокантилевера с использованием внутреннего резонанса. ( a ) Внутренняя лопасть, прикрепленная к основному кантилеверу, предназначена для демонстрации внутреннего резонанса 1: 3 с нелинейным взаимодействием зонда и образца. ( b ) Сигнал третьей гармоники, усиленный внутренним резонансом, чувствителен к жесткости материала. ( c ) Экспериментальные кривые чувствительности первой и третьей гармоник показывают, что третья гармоника чувствительна к составу материала по сравнению с первой гармоникой [73,75].(Онлайн-версия в цвете.)

Еще более интересно то, что механизм внутреннего резонанса обеспечивает уникальный путь для внутренней передачи энергии между модами, что потенциально предполагает новые стратегии инженерии рассеяния. В работе Chen et al. [79], когерентная передача энергии была продемонстрирована в пучке с зажимом-зажимом с взаимодействием мод 1: 3, как показано на рис. Когда подача энергии в нижний режим системы отключена, верхняя мода когерентно передает энергию обратно в нижнюю моду вместо того, чтобы рассеивать ее в окружающую среду, так что амплитуда нижней моды остается постоянной в течение периода время до тех пор, пока энергия высшей моды не будет исчерпана.Это происходит потому, что скорость обмена энергией между нелинейно связанными модами на порядки выше, чем обмен энергией от внешних источников. В том же контексте в [80] теоретически было показано, что распад колебательных мод становится сильно неэкспоненциальным и зависит от амплитуды колебаний, тогда как более высокая мода действует как тепловой резервуар для более низкой моды.

Когерентная передача энергии между связанными механическими модами посредством внутреннего резонанса [79]: отклик на отключение кольца показан, когда внешний привод выключен в момент времени, равный 0, когда условие внутреннего резонанса не удовлетворяется в ( a, b ) и доволен ( c, d ).Амплитуда колебаний плоской моды и ее временная частотная характеристика нанесены на графики ( a, c ) и ( b, d ) соответственно. Благодаря механизму внутреннего резонанса в ( c, d ) когерентная передача энергии происходит примерно в течение 108 мс после того, как кольцо вниз начинает поддерживать постоянную огибающую колебаний. (Онлайн-версия в цвете.)

4. Синхронизация

Синхронизация определяется как самонастраивающиеся ритмы паттернов колебаний в результате слабой связи между генераторами, и иногда она используется взаимозаменяемо с синхронизацией частоты или фазовой синхронизацией.Использование этого поведения предлагается для ряда приложений, таких как обработка сигналов, синхронизация, вычисления и создание сетей, поскольку когерентный отклик может быть обеспечен в нескольких генераторах. Одним из первых исследователей синхронизации в MEMS / NEMS является Hoppensteadt [81], в котором теоретически исследовалась возможность использования сетей связанных генераторов в качестве систем хранения данных. Более поздние работы Cross и др. . [82,83] также аналитически смоделировали синхронизацию, вызванную нелинейным затягиванием частоты в системе с реактивной связью, чтобы изучить начало синхронизации и области, где происходит полная синхронизация.В других работах впоследствии исследовалось повышение точности частоты, достигаемое за счет синхронизации [84]. Sahai и др. . [85] использовали куполообразные генераторы в качестве конкретного примера для изучения конструктивных параметров, в которых синхронизация реализована в двух слегка расстроенных генераторах. Большинство исследований, проведенных в 2000-х годах, посвящено аналитическим аспектам феномена синхронизации.

В экспериментальном контексте Shim et al . [86] сообщили об одной из самых ранних экспериментальных работ в области МЭМС / НЭМС, о достижении синхронизации в системе двух микропучков, механически связанных упругой пружиной (см. ). Они возбуждали один из двух лучей на разных субгармонических и супергармонических частотах резонансной моды и контролировали частотный состав второго луча. Множественные области частотного увлечения были графически представлены характерными языками Арнольда и дьявольской лестницей на различных субгармониках основной частоты. Agrawal и др. . [90,91] исследовали взаимную синхронизацию в электрически связанных осцилляторах на основе резонатора с двухсторонними камертонами и обсуждали зависимость диапазона синхронизации от параметров системы, таких как амплитуда, кубическая нелинейность и сила связи.Их экспериментальные результаты показали явное расширение диапазона синхронизации с увеличением напряжения обратной связи, что связано с амплитудно-частотной зависимостью с кубической нелинейностью. Такое усиление синхронизации за счет нелинейности было подтверждено и в других работах [87,92,93]. Одной из очевидных выгодных особенностей синхронизированного состояния является улучшение стабильности частоты и снижение фазового шума, о которых обычно сообщают в большинстве этих синхронизированных систем. Больше примеров можно найти в [94–96].

Экспериментальная реализация синхронизации. ( a ) Фазовая синхронизация в механически связанной паре дважды зажатых балок [87]. Один луч возбуждается на разных порядках субгармоник основного резонанса, а содержание отклика второго луча вокруг первой моды записывается, что дает язык Арнольда. На сюжете «Чертова лестница» показаны разные диапазоны увлечения. ( b ) Фазовая синхронизация на микродиске с соотношением частот субгармоник 3: 1 [88].Диапазон синхронизации измеряется для восходящей и нисходящей развертки частоты. ( c ) Фазовая синхронизация с помощью света [89]. Оптически связанные оптомеханические системы могут синхронизировать свои механические колебания, когда входная оптическая мощность достаточна. Нижняя контурная карта (частотный спектр относительно относительной частоты лазера на оси y и частоты генератора на оси x ) показывает, что два автогенератора с несовпадающей частотой (под белой линией) синхронизироваться (над белой линией).(Онлайн-версия в цвете.)

Синхронизация также была предложена для улучшения характеристик гироскопов [70,88]. Были проведены эксперименты на кремниевом дисковом генераторе и продемонстрирована его фазовая синхронизация. Частота более низкой моды контролировалась резонирующей изнутри более высокой модой, как показано в b . Измерения показали, что диапазон синхронизации увеличивается с увеличением амплитуды первой моды, но происходит обратное, когда амплитуда второй моды увеличивается.Авторы также охарактеризовали три различные рабочие схемы синхронизации, чтобы исследовать ее влияние на характеристики гироскопов, и пришли к выводу, что стабильность частоты повышается за счет амплитудных флуктуаций. Авторы также исследовали кремниевый четырехмассовый резонатор, возбуждаемый и характеризуемый с помощью емкостного воздействия и измерения [97]. Они измерили частотные характеристики при различных напряжениях смещения и наблюдали упрочнение (с нелинейностью третьего порядка), переход от упрочнения к смягчению (комбинированная нелинейность третьего и пятого порядков) и смягчение (с нелинейностью пятого порядка) по мере увеличения напряжения смещения.Соответственно, монолитное увеличение диапазона синхронизации наблюдалось, когда отклик был чистым упрочнением или смягчением, но в переходном отклике диапазон синхронизации сначала уменьшился, а затем начал увеличиваться.

Оптомеханические осцилляторы — это обширная область исследований, в которой связь через концепцию оптомеханики предлагает такие преимущества, как достижение прочной управляемой связи с меньшими оптическими потерями, а также возможность реализации для различных сложных геометрий и физических размеров.Хотя сама эта область не очень сильно коррелирует с предметом этого обзора, в основном рассматривая механические генераторы, стоит отметить, что оптическая связь между механическими генераторами является еще одним механизмом, вызывающим синхронизацию. Оптически связанные оптомеханические генераторы (см. c ), в которых связь достигается за счет поля излучения оптического резонатора, оказались уникальной платформой для изучения синхронизации механических генераторов [89,98]. Начало синхронизации между двумя механическими осцилляторами или решетками осцилляторов было экспериментально реализовано путем изменения мощности лазерной накачки.Кроме того, было показано, что фазовый шум в синхронизированных сигналах может упасть ниже предела термомеханического шума одиночного генератора. Синхронизация, обеспечиваемая связью с оптическим резонатором, также применялась в других геометриях, таких как пара микропучков [99] и наномембран [100].

5. Заключение

Изучение богатой динамики и передачи энергии, уникальным образом обеспечиваемой нелинейностью, было давней исследовательской и инженерной темой в широком спектре научных и технологических областей.MEMS / NEMS реализовали различные типы нелинейного поведения, намеренно или случайно. Учитывая большую гибкость в изготовлении и материалах, микро / наномеханические резонаторы также представляют собой идеальную испытательную площадку для изучения фундаментальных аспектов нелинейного резонанса и проблем квантового уровня. В то же время исследованные нелинейные динамические функции могут быть широко реализованы в приложениях MEMS / NEMS на основе резонаторов для расширения функциональных возможностей и повышения производительности.

В то время как понимание и использование первичного резонанса упрочнения / смягчения и параметрического резонанса в микро / наносистемах сформировалось за последние три десятилетия, нелинейная передача энергии в микро / наномеханических резонаторах с модальной связью находится на ранней стадии. исследования потенциальных приложений MEMS / NEMS.Это в значительной степени связано с тем, что первичный нелинейный и параметрический резонанс обычно наблюдается в MEMS / NEMS из-за геометрической нелинейности и изменяющихся во времени электростатических сил, тогда как мультимодальный режим требует тщательного проектирования систем и экспериментов. Независимо от типов нелинейных резонансов, конструктивное использование нелинейных явлений и передачи энергии может обеспечить различные пути для разработки новых приложений и технологий, связанных с MEMS / NEMS, как рассмотрено в этой статье.Благодаря способности настраивать и оптимизировать целевое нелинейное поведение на основе твердого фундаментального понимания нелинейных систем, MEMS / NEMS продолжит революцию в науке и технологиях.

Благодарность

Мы благодарим за финансовую поддержку Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США. Содержание этой работы принадлежит авторам и не обязательно отражает позицию или политику правительства.

Доступность данных

В этой статье нет дополнительных данных.

Конкурирующие интересы

Мы заявляем, что у нас нет конкурирующих интересов.

Финансирование

Эта работа частично финансировалась Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Премия молодых преподавателей D16AP00110).

Ссылки

7) [CrossRef] [Google Scholar] 82. Cross MC, Zumdieck A, Lifshitz R, Rogers JL. 2004 г.Синхронизация нелинейным вытягиванием частоты. Phys. Rev. Lett. 93, 224101 (10.1103 / PhysRevLett.93.224101) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 83. Cross MC, Роджерс Дж. Л., Лифшиц Р., Зумдик А. 2006 г. Синхронизация за счет реактивной связи и нелинейного затягивания частоты. Phys. Ред. E 73, 036205 (10.1103 / PhysRevE.73.036205) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 84. Кросс MC. 2012 г. Повышение точности частоты генераторов за счет синхронизации. Phys. Ред. E 85, 046214 (10.1103 / PhysRevE.85.046214) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 85.Сахай Т, Зендер АТ. 2008 г. Моделирование спаренных куполообразных микроосцилляторов. J. Microelectromech. Syst. 17, 777–786. (10.1109 / JMEMS.2008.924844) [CrossRef] [Google Scholar] 86. Прокладка S-B, Имбоден М., Моханти П. 2007 г. Синхронизированные колебания в связанных наномеханических осцилляторах. Наука 316, 95–99. (10.1126 / science.1137307) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 87. Антонио Д., Чаплевски Д.А., Гость-младший, Лопес Д., Арройо С.И., Занетт Д.Х. 2015 г. Повышение синхронизации в микромеханических осцилляторах за счет нелинейности.Phys. Rev. Lett. 114, 034103 (10.1103 / PhysRevLett.114.034103) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 88. Taheri-Tehrani P, Guerrieri A, Defoort M, Frangi A, Horsley DA. 2017 г. Взаимная субгармоническая синхронизация 3: 1 в дисковом резонаторе из микромашинного кремния. Прил. Phys. Lett. 111, 183505 (10.1063 / 1.4997195) [CrossRef] [Google Scholar] 89. Zhang M, Wiederhecker GS, Manipatruni S, Barnard A, McEuen P, Lipson M. 2012 г. Синхронизация микромеханических осцилляторов с помощью света. Phys. Rev. Lett. 109, 233906 (10.1103 / PhysRevLett.109.233906) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 90. Агравал Д.К., Вудхаус Дж., Сешия А.А. 2013. Наблюдение синхронизированной фазовой динамики и повышенной стабильности частоты в синхронизированных микромеханических генераторах. Phys. Rev. Lett. 111, 084101 (10.1103 / PhysRevLett.111.084101) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 91. Агравал Д.К., Вудхаус Дж., Сешия А.А. 2014 г. Синхронизация в связанной архитектуре микроэлектромеханических генераторов. J. Appl. Phys. 115, 164904 (10.1063 / 1.4871011) [CrossRef] [Google Scholar] 92.Чаплевски Д.А., Антонио Д., Гость-младший, Лопес Д., Арройо С.И., Занетт Д.Х. 2015 г. Расширенный диапазон синхронизации от нелинейных микромеханических осцилляторов. В 2015 г. Преобразователи — 2015 18-й межд. Конф. Твердотельные датчики, исполнительные механизмы и микросистемы (ДАТЧИКИ), Анкоридж, AK, США, 21–25 июня, стр. 2001–2004. (10.1109 / TRANSDUCERS.2015.7181347) [CrossRef] [Google Scholar] 93. Шошани О., Хейвуд Д., Ян Й., Кенни Т.В., Шоу С.В. 2016 г. Снижение фазового шума в генераторе MEMS с использованием нелинейно улучшенной области синхронизации.J. Microelectromech. Syst. 25, 870–876. (10.1109 / JMEMS.2016.2590881) [CrossRef] [Google Scholar] 94. Матени М.Х., Грау М., Вильянуэва Л.Г., Карабалин РБ, Cross MC, Roukes ML. 2014 г. Фазовая синхронизация двух ангармонических наномеханических осцилляторов. Phys. Rev. Lett. 112, 014101 (10.1103 / PhysRevLett.112.014101) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 95. Пу Д, Хуан Р, Вэй Х. 2017 г. Повышение стабильности частоты пьезорезистивных микромеханических генераторов за счет синхронизации. AIP Adv. 7, 035204 (10.1063 / 1.4978222) [CrossRef] [Google Scholar] 96. Пу Д, Вэй Х, Сюй Л., Цзян Цзинь, Хуан Р. 2018. Синхронизация электрически связанных микромеханических генераторов с соотношением частот 3: 1. Прил. Phys. Lett. 112, 013503 (10.1063 / 1.5000786) [CrossRef] [Google Scholar] 97. Тахери-Тегерани П., Дефоорт М., Хорсли Д.А. 2017 г. Синхронизация микромеханического осциллятора в различных режимах электромеханической нелинейности. Прил. Phys. Lett. 111, 183503 (10.1063 / 1.4999323) [CrossRef] [Google Scholar] 98.Чжан М., Шах С., Карденас Дж., Липсон М. 2015 г. Синхронизация и снижение фазового шума в решетках микромеханических генераторов, связанных через свет. Phys. Rev. Lett. 115, 163902 (10.1103 / PhysRevLett.115.163902) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 99. Зендер А.Т., Ранд Р.Х., Крылов С. 2018. Блокировка электростатически связанных генераторов предельного цикла MEMS с термооптическим приводом. Int. J. Нелинейный мех. 102, 92–100. (10.1016 / j.ijnonlinmec.2018.03.009) [CrossRef] [Google Scholar] 100. Бемани Ф., Мотазедифард А., Рокнизаде Р., Надери М. Х., Витали Д.2017 г. Динамика синхронизации двух наномеханических мембран в полости Фабри – Перо. Phys. Ред. А 96, 023805 (10.1103 / PhysRevA.96.023805) [CrossRef] [Google Scholar]

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Микро / наномасштабные системы фазового перехода для систем управления тепловым режимом и преобразования солнечной энергии

Абстрактные

Первая часть диссертации представляет собой исследование, в котором используются поверхности, спроектированные в микро- и наноразмерном масштабе, для улучшения теплопередачи при испарении и фазовом переходе кипения как в капиллярных фитильных структурах, так и в системах кипения в бассейне.Капиллярные капиллярные поверхности являются неотъемлемыми компонентами тепловых трубок и теплораспределителей паровой камеры, часто используемых для управления температурой в микроэлектронных устройствах. Кроме того, системы кипячения в бассейне можно встретить в системах иммерсионного охлаждения, которые все чаще исследуются для приложений управления температурным режимом в микроэлектронных устройствах и даже в центрах обработки данных. Скрытая теплота, связанная с изменением состояния с жидкости на пар, и небольшая разница температур, необходимая для запуска этого процесса, обеспечивают отличные характеристики теплопередачи.Кроме того, поскольку для управления процессом фазового перехода не требуется внешняя энергия, эти системы отлично подходят для портативных устройств и позволяют снизить стоимость и потребление энергии по сравнению с альтернативными технологиями управления температурой. Большинство современных капиллярных фитилей, используемых в этих устройствах, обычно изготавливаются из спеченной меди. Эти пористые структуры образуют тонкую пленку жидкости с большой площадью поверхности, где происходит испарение, тем самым способствуя теплопередаче с фазовым переходом. Однако тепловые границы раздела на точечных контактах частиц, образующиеся в процессе спекания, и сложный поток жидкости / пара внутри этих фитильных структур обеспечивают высокое тепловое сопротивление и сопротивление потоку жидкости и ограничивают максимальный тепловой поток, который они могут рассеять.В капиллярных фитилях максимальный тепловой поток обычно регулируется капиллярными пределами или пределами кипения и техническими поверхностями, которые задерживают эти ограничения и дают структуры с большими площадями поверхности тонкой жидкой пленки, где обеспечивается теплопередача с фазовым переходом, что очень желательно. В этом исследовании бипористая среда, состоящая из микромасштабных штыревых ребер, разделенных микроканалами, рассматривается в качестве возможных структур для фитиля испарителя тепловой трубы с испарительной камерой. Меньшие поры используются для создания высокого капиллярного всасывания, а более крупные микроканалы используются для уменьшения сопротивления потоку.Установлено, что коэффициент теплоотдачи зависит от площади покрытия жидкой пленкой толщиной порядка нескольких микрон вблизи мениска линии трехфазного контакта. Мы управляем площадью покрытия и толщиной пленки, изменяя соотношение площади поверхности к объему с помощью микроструктурирования. В некоторых образцах наблюдается переход от испарительного теплообмена к пузырьковому кипению. Хотя трудно определить, когда происходит переход, можно определить режимы, в которых испарение преобладает над пузырьковым кипением и наоборот.Тепловые потоки 277,0 (+/- 9,7) Вт / см2 могут рассеиваться фитилями с нагревателями площадью 1 см2, а тепловые потоки до 733,1 (+/- 103,4) Вт / см2 могут рассеиваться фитилями с меньшими нагревателями, предназначенными для имитировать локальные горячие точки. В системах кипячения в бассейне, которые встречаются при иммерсионном охлаждении, коэффициент теплопередачи (HTC) определяется плотностью мест зарождения пузырьков и перемешиванием в потоке жидкости / пара, создаваемом этими пузырьками, когда они отрываются от поверхности. Плотность центров зародышеобразования и скорость высвобождения обычно определяются морфологией поверхности.Другой важный параметр в системах кипячения в бассейне — это максимальный тепловой поток (CHF), который может безопасно рассеиваться. На практике эта величина примерно на два порядка меньше ограничений, предполагаемых кинетической теорией. Для практически бесконечных, гладких, хорошо увлажненных поверхностей теории гидродинамической неустойчивости, учитывающие взаимодействия жидкости и пара вдали от нагретой поверхности, оказались успешными в прогнозировании CHF. На конечных микро- и наноструктурированных поверхностях, где применение формулировки гидродинамической теории трудно оправдать, другие эффекты могут способствовать характеристикам теплопередачи с фазовым переходом.Здесь мы также представляем исследование кипения бассейна на бипористых микроструктурированных поверхностях, используемых в экспериментах с капиллярным фитилем. Структуры управляются путем уменьшения размера пор, чтобы определить, может ли повышенное капиллярное давление усилить повторное смачивание от краев нагревателя и задержать CHF. Сравнительное исследование двух экспериментальных систем показывает, что, хотя капиллярное ограничение является значительным в экспериментах с капиллярным фитилем, для этих хорошо увлажненных микроструктурированных поверхностей, используемых в системах кипячения в бассейне, гидродинамическое ограничение, определенное на основе размера нагревателя, вызывает возникновение CHF.Другие иерархические поверхности нанопроволоки, содержащие периодические микромасштабные полости, также исследуются, и было обнаружено, что они дают ~ 2,4-кратное увеличение характеристик коэффициента теплопередачи без ухудшения CHF по сравнению с поверхностями, на которых нет полостей. Эти исследования указывают пути увеличения коэффициента теплопередачи за счет реализации иерархических структур, в то время как четкий метод увеличения CHF не определен для поверхностей конечных размеров с различной морфологией. Во второй части диссертации накопление солнечной энергии ищется в «фазовом переходе» фотохромных молекулярных систем: накопление солнечной энергии в химических связях светочувствительных молекул (фотохимическая реакция) и последующее восстановление энергии в обратной реакции. в виде тепла, обратимо.Эти молекулярные системы представляют собой интересную альтернативу фотоэлектрическим и солнечным тепловым технологиям, которые не могут удовлетворить потребности в выравнивании нагрузки или для портативных муниципальных систем отопления. Эти молекулы, обычно состоящие из органических соединений, известны своим быстрым разложением, коротким временем хранения энергии и низкой эффективностью хранения энергии. Таким образом, в последние несколько десятилетий от них отказались как от практических систем хранения солнечной энергии. С другой стороны, металлоорганические молекулярные системы не были широко исследованы для этих приложений.Недавние исследования показали, что металлоорганический (фульвален) дирутений FvRu2 продемонстрировал отличные характеристики накопления энергии и долговечность. Здесь мы сообщаем о микрофлюидной молекулярной солнечной тепловой системе полного цикла (MOST) на основе бис (1,1-диметилтридецил) замещенного производного FvRu2, которая позволяет хранить солнечную энергию в течение длительного времени (110 Дж / г) и «по запросу» «выделение энергии при воздействии катализатора. Микрожидкостные системы, разработанные здесь, отлично подходят для определения характеристик фотопреобразования и тщательного изучения потенциальных катализаторов и могут быть расширены для изучения многих других молекулярных систем.Цель представленной здесь работы — продемонстрировать, что накопление и выделение солнечной энергии «по требованию» в системах MOST является жизнеспособным, и послужить стимулом для будущих исследований других фотохромных металлоорганических систем.