基于阴影法的高精度大范围卡西米尔力测量

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51805367
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0511.机械测试理论与技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The Casimir effect is a multidisciplinary subject with important applications in the field of nanotechnology, MEMS, and so on. Highly sensitive precise Casimir force measurement is of great significance both in theory and engineering application. However, if we use the existing methods (such as torsion balance, atomic force microscope, etc.) to measure the Casimir force, the plates will move in the lateral direction, causing the surface roughness and the plate distance of the action points to change. The existence of lateral movement not only introduces greater measurement uncertainty, but also results in the inability to measure the Casimir force between asymmetric plates. This project proposes to measure Casimir force based on shadow method. In the process, the two plates do not move in the lateral direction, but only move vertically. Therefore, the shadow method can measure the Casimir force between the plates with different sizes and different shapes. This project is mainly based on the in-depth study of the physical essence of Casimir effect, using the shadow method to measure the Casimir force in the range of 50nm to 1μm with high accuracy and high stability. Within the distance range of 50nm to 200nm, the relative uncertainty is less than 5%. This will make an important contribution to MEMS instability analysis and the perfection of the mathematical model of Casimir force.
卡西米尔效应是一个涉及多学科的课题,在纳米技术、微机电等领域都有重要的应用。高精度测量卡西米尔力在理论和工程应用中都具有重要意义。但是,若采用现有的方法(如扭秤、原子力显微镜等)测量卡西米尔力,极板将发生横向偏移,而导致作用点的表面粗糙度变化以及极板间距变化。横向偏移的存在不仅引入较大的不确定度,而且导致无法测量非对称极板的卡西米尔力。本项目提出阴影法测量卡西米尔力,在测量过程中仅存在垂直移动,两极板不发生横向偏移。因此,阴影法能够高精确测量不同尺寸、不同形状极板间的卡西米尔力。本项目主要是在深入研究卡西米尔效应物理本质的基础上,基于阴影法高精度、高稳定地测量间距为50nm至1μm的卡西米尔力,在间距为50nm至200nm时相对不确定度小于5%。这对微机电系统失稳分析、卡西米尔力的数学模型的完善等具有重要意义。

结项摘要

针对现有微小力测量装置不确定度大、量程短且不能溯源至国际单位的缺点,探索基于阴影法的微小力测量装置。设计并搭建了基于阴影法的垂直式微纳力值测量系统,基于光线追迹软件Tracepro验证阴影的形成以及垂直压入深度与阴影直径的关系,通过设置光束与弯曲界面性质,对光线进行追迹。推导了基于阴影法的微纳力值测量模型。最终优化测量系统结构,如光源直径、胶体尺寸、镜头参数等。并采用标准砝码进行了系统标定实验,实验结果表明测量系统的灵敏度为2.15 μN/pixel。对阴影图像进行亚像素细分还可进一步改善传感器的分辨力,测量系统的测量范围为~0.981 mN。此外,由于胶体的粘弹性对环境噪声的过滤作用,系统阻尼比为0.22。对测量系统进行了抗噪性能实验,结果表明,与悬臂梁相比,扰动的影响降低了96.23%,该成果为测量卡西米尔力提供坚实的实验基础。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dynamic Force Transducer Calibration Based on Electrostatic Force
基于静电力的动态力传感器校准
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2910121
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    YELONG ZHENG;MEIRONG ZHAO;JILE JIANG;LE SONG
  • 通讯作者:
    LE SONG
Bionic Compound Eye-Inspired High Spatial and Sensitive Tactile Sensor
仿生复眼高空间灵敏触觉传感器
  • DOI:
    10.1109/tim.2021.3063757
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Le Song;Huan Zhu;Yelong Zheng;Meirong Zhao;Clarence Augustine TH Tee;Fengzhou Fang
  • 通讯作者:
    Fengzhou Fang
Optimization of Electrostatic Force System Based on Newton Interpolation Method
基于牛顿插值法的静电力系统优化
  • DOI:
    10.1155/2018/7801597
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Sensors
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Yelong Zheng;Meirong Zhao;Peiyuan Sun;Le Song
  • 通讯作者:
    Le Song
Enhancement and Guidance of Coalescence-Induced Jumping of Droplets on Superhydrophobic Surfaces with a U‑Groove
U型槽超疏水表面上液滴聚结诱导跳跃的增强和引导
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c08142
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Appl. Mater. Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Chuntian Liu;Meirong Zhao;Yelong Zheng;Dunqiang Lu;Le Song
  • 通讯作者:
    Le Song

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其他文献

基于三角波驱动法珀可调谐滤波器的光纤光栅解调偏差校正算法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    应用光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁闯;赵美蓉;王双;刘铁根;江俊峰;闫金玲;郑叶龙
  • 通讯作者:
    郑叶龙

其他文献

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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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