分析了基于标量衍射理论的位相型衍射微透镜的光学行为，结合等效媒质理论提出了二元衍射微透镜的一种新的亚波长结构近似设计方法。根据标量理论位相量化的概念，分析连续浮雕透镜的相移函数，结合等效媒质理论的等效折射率表达式，可以确定亚波长结构透镜的面型函数。

提出了一种将高位移分辨率的压电陶瓷致动器与大驱动力的电磁致动器进行有机结合,实行优势互补的新方法.基于新原理研制的实验样机获得了较好的技术性能指标,即驱动力300N,刚度95N/μm;分辨率1nm;最大位移4μm.研究工作为大驱动力高刚度纳米致动开辟了一条新的途径.

为了提高扫描隧道显微镜微位移工作台的定位精度,提出了一种基于遗传算法的神经网络PID控制方案.微位移工作台以压电陶瓷为驱动器、柔性铰链为导向机构,在分析工作原理的基础上,建立了工作台的数学模型.神经网络PID控制器对工作台进行闭环控制,能够在线调整网络加权值,实时改变PID控制器的系数,减小工作台的位移误差.利用遗传算法的全局搜索能力对BP网络的初始权值进行学习优化,有效消除了神经网络对初始权值敏感和容易局部收敛的缺陷,改善了控制器的控制效果.性能测试表明,12μm阶跃参考输入下的稳态误差从3.24%减小到2.55%,稳态时间从1.7 s缩短到1.1 s.

扩张管和收缩管的流量和效率是无阀泵工作性能的决定因素,运用有限元分析软件Ansys/Flotran,对扩张管和收缩管的结构对流量和效率的影响进行了数值分析,计算结果表明,入口修圆的扩张管和收缩管的流动特性优于常规结构的扩张管和收缩管,随着最小宽度的增加,流量逐渐增大,但效率存在一个最大值点.较小的压差下大一些的扩张角有利于流量和效率的提高,随着压差的增大,就要选择小一些的扩张角,以避免扩张管中发生边界分离现象.较大的深度有利于提高流量和效率,而长度对流量、效率的影响不大.

采用分子动力学方法分析了纳机电开关中碳纳米管悬臂梁的静态特性.仿真中C-C原子间相互作用采用Tersoff-Brenner势函数,C-Cu及Cu-Cu间相互作用采用L-J势函数,并同时采用截断半径和邻域列表法以提高运算速度.首先模拟了纳机电开关的开和关两种工作状态,得出开关的闭合电压为1.0 V,然后模拟了碳纳米管的弯曲变形情况,结果表明,当电压小于1.0 V时,碳纳米管弯曲符合经典弹性理论;当电压介于1.0 V～1.9 V时碳纳米管中出现Stone-Wales变形;当电压达到1.9 V后,碳纳米管中逐渐出现塌陷结构甚至孔洞;当电压达到2.9 V时,碳纳米管完全断裂.最后分析了碳纳米管原子间的受力情况,结果表明,纳机电开关的最薄弱环节是电极与碳纳米管之间的结合处.所得模拟和分析结果为纳结构器件的进一步设计和优化提供了理论依据.

介绍了利用ＬＩＧＡ技术中的同步辐射光刻、微电铸技术和微装配技术制作微流量计的研究，讨论了微流量计的结构和工作原理。设计和研制了一种微流量计。

以提高微机械陀螺性能为目的，设计了一种新颖的音叉振动式微机械陀螺。该陀螺的特征在于：驱动和检测模态都是面内的，主要的空气阻尼是滑膜阻尼，使系统具有较低的能量损失和较高的Q值；对称的音叉式结构使检测电容加倍，并且由于中间结构的采用，对于加工误差具有较好的健壮性；采用驱动和检测方向具有较大刚度比的近似U型梁，使机械耦合大大降低。动力学分析的结果表明，该陀螺具有较高的稳定性和灵敏度。这不仅为获得高性能微机械陀螺提供了一种可行的设计方案，同时也为其它MEMS产品的设计提供了重要的参考价值。

介绍了微反应器的基本原理,根据化学反应传质和传热的需求,对反应微管道的几何形状和尺寸进行了初步设计,并利用LIGA技术制作完成了一种用于催化反应的微反应器.

提出一种可用于评价任意面型微光学元件制作误差的方法.利用泽尼克多项式描述微光学元件面型,针对元件检测过程中的旋转对准偏差,给出泽尼克系数随旋转角度的变化关系;以设计面型和实测面型之间的均方根偏差(RMS)为加工误差的评价指标,根据其相对于旋转角度的依赖曲线,最小的RMS即是加工误差.数值模拟结果表明,该方法可以将旋转对准偏差矫正,从而有效地评价了制作误差.该方法可应用于任意面型微光学元件的研制.

为了解决传统扫描探针显微镜（SPM）控制器中参数难以设定的难题，提出了一种SPM的PI参数自整定控制器的设计，并给出了控制器的硬件结构和软件设计。该控制器基于DSP，通过引入扫描式参数优化算法来实现。结果表明，该控制器能自动完成PI参数的测算，并给出最优的PI参数，提高了SPM扫描图像的质量。