微颗粒操控技术以其控制精确,成本低及简洁高效的特点, 在生物医学工程和微纳米器件制造领域有广阔的应用前景。传统操控方法对无磁性、无导电性及大密度固体微颗粒的操控存在不足。因此, 该文提出一种基于压电悬臂梁低频振动的微颗粒操控系统, 利用流场底部流动实现微颗粒的聚集。聚集显微实验表明, 压电振子的低频振动激发流场底部流动, 使培养皿底部的球型氧化铝颗粒向目标区域移动和聚集, 并在122 s时达到稳定状态。对试验结果进行图像处理, 结果表明, 微颗粒稳定聚集后的聚集面积为79 405 μm2。该操控方法可实现大密度微颗粒的聚集, 且聚集范围大, 可为微纳器件制造提供参考。

为研究样品微颗粒在X射线荧光（XRF)分析中对测量结果的影响, 运用蒙特卡罗模型MCNPX对X射线荧光仪进行建模, 研究了样品颗粒粒径对X射线荧光特征峰强度、 峰总比和源峰探测效率的影响, 并设计波长色散X射线荧光光谱法（WDXRF)分析实验对模拟结果进行了检验。 结果表明: 对于样品微颗粒X射线荧光强度与粒径尺寸的关系, MCNPX模拟值与理论计算值保持一致; MCNPX模拟结果与WDXRF实验结果存在一定差异, 这取决于MCNPX模型对待测样品状态的假设与实际情况存在一定的差异性; 运用样品粉碎、 研磨至小颗粒并进行压片处理的办法, 可使WDXRF实测结果尽可能的减小与MCNPX理论模拟结果的差异性; 在待测样品的颗粒粒径达到一定尺寸时, 其峰总比、 源峰探测效率、 特征峰X射线荧光计数均趋于稳定值; 颗粒粒径在某一特定尺寸范围之内, 颗粒度效应的影响不容忽视; 除此之外, 颗粒度效应的影响基本可以忽略。 论文充分考虑了待测样品颗粒粒径对XRF分析结果的影响, 为减小因颗粒度效应引起分析结果的不确定性提供了一种可行的研究思路, 该方法也可为X射线分析的生产实践提供一定的技术参考。

针对微颗粒空间装配的问题, 以外径为十几微米的微颗粒与外径为几百微米的柱腔装配为研究对象, 开展微颗粒空间跨尺度装配方法研究。首先, 针对微颗粒受到基底表面作用力影响不易被拾取与释放的问题, 分析了微颗粒的受力情况, 设计了真空吸附式微夹持器用于微颗粒的拾取与释放; 然后, 针对由于微颗粒与柱腔的尺寸跨度大, 很难实现装配过程中二者空间位置实时监测的问题, 设计了具有多维视觉监测功能的微装配机器人并且建立了多维视觉监测模型, 实现微颗粒与柱腔装配过程的在线监测; 最后, 提出了基于多维视觉监测模型的微颗粒与柱腔空间半自动装配方法。实验结果证明了所提方法的有效性, 并且实现了将外径为20 μm的微颗粒放入外径为200 μm的柱腔内的目标。该方法适用于微机电系统制造中微颗粒的三维空间装配。

微纳光纤的大倏逝场在光纤传感领域具有巨大应用前景。分析了微纳光纤拉制过程中影响外形控制的因素。通过改进拉制工艺和合理设置参数来提高微纳光纤外形结构控制精度，实测两根微纳光纤外形结构，表现出良好的一致性。理论仿真了吸附微颗粒与微纳光纤附加损耗的关系，实现了对空气中微颗粒吸附过程的在线监测及对吸附2 μm直径氧化铝颗粒的计数功能。分析了液体吸收系数与微纳光纤附加损耗的关系，通过测量微纳光纤传输附加损耗，实现了对不同液体吸收系数的测试。

通过热熔拉法将单模光纤拉制成亚微米尺寸的光纤，并借助光学显微镜的定位作用，在亚微米光纤的特定位置沉积金纳米棒（长度和中截面直径分别为80 nm和20 nm）。利用光纤倏逝波激发金纳米棒的局域表面等离波子共振（LSPR）。由于强的共振吸收和光热效应，当激光功率增加到30 mW时，亚微米光纤上沉积金纳米棒的位置会产生一个微米尺寸的气泡，激光在该位置将被等离波子共振吸收和气泡散射掉，在气泡后面位置的光纤中观察不到光的传输。靠近光纤的900 nm的聚苯乙烯颗粒被倏逝波所产生的梯度力捕获到光纤表面，并在散射力的作用下沿着光的传播方向运动，当颗粒运动到气泡位置时，将会停止向前运动。该技术可用于微米颗粒的定点输送。