微纳米科技为众多科学技术领域提供了新的发展动力和机遇,被认为是新技术革命的引擎。发展微纳米尺度的自动化观测和操控技术,对促进微纳米科学技术发展,形成先进制造技术的新突破具有重要意义。 实现微纳米材料的规模化、自动化、无损伤、低成本的可控操作,对实现微纳米材料一致性筛选制备、微纳米规模化组装与制造、生物医药工程等领域的技术发展具有关键性作用。因此,柔性、高效、低成本的微纳米尺度自动化操控技术是目前微/纳米科学技术领域关注的热点和亟待解决的挑战性问题。 目前采用的探针、光镊、磁镊和介电泳由于存在各自的局限性而不能同时达到高效率、高分辨率以及高吞吐量的微纳米操控。近年来光诱导介电泳(ODEP)作为一种新的微观尺度操控技术,具有操作简便、高效率、无损、低成本,可自动化实现等优点,因而更具有发展前景。 本论文结合机器人学和自动化理论方法,开展了基于光诱导介电泳机理的微纳米尺度自动化操控理论方法和实验技术研究,主要包括: (1)在光诱导介电泳基本工作原理方面,系统地研究了内光电效应、非均匀电场、粒子极化和光诱导介电泳力的生成机制和表征方法;研究了以非晶硅薄膜为代表的光电导材料工作机理;研究了微纳米材料的极化模型以及光诱导介电泳操控的频谱特性;进行了光诱导介电泳操控过程中电渗流等干扰因素的理论分析研究。 (2)设计构建了由投影模块、视频监控模块、三维电动控制模块、芯片设计与封装模块组成的光诱导介电泳实验平台。 (3)以聚苯乙烯粒子为操控对象,研究分析了以球形粒子为对象的光诱导介电泳操控频谱特性;进行了交变电场幅值和频率、溶液电导率以及粒子尺寸对介电泳力大小和方向的影响分析和实验研究;通过实验研究,得到了光诱导介电泳操控微纳米粒子的最佳频段范围;实现了聚苯乙烯微粒的单个捕获、不同尺寸分离、批...