应用介电泳原理设计了一种基于平板电极的非球面组合液体透镜。该透镜主要由上下平行的4块氧化铟锡（ITO）导电平面玻璃板、腔体、介质层和疏水层组成，具有结构简单、易于实现的优点。利用COMSOL、MATLAB和Zemax软件，建立了基于平板电极的非球面组合液体透镜的光学模型，仿真分析了其在不同电压下的焦距变化，并讨论了平板电极的平行度对组合透镜焦距的影响。对该非球面组合透镜的器件制备与实验分析，结果表明：当工作电压由0增加到280 V时，焦距由28.7135 mm变化为20.1943 mm，与仿真结果基本相符；该器件的成像分辨率最高可达49.8244 lp/mm。

为将单根纳米线成功组装至微电极两端, 在介电泳力的基础上附加考虑粘滞阻力及布朗力的影响, 建立了单根纳米线受力及运动模型, 通过数值仿真得到纳米线在三维空间中的运行轨迹, 并基于可控介电泳工作区模型(DWS-DEP)获得了可实现准确跨接的初始点分布区。为选择合适的电极组装单根纳米线, 对三种不同尖端弧度的电极稳态区进行仿真, 结果显示圆弧状电极更易实现一维纳米结构的跨接组装。利用所设计的Ti/Au电极进行纳米线介电泳组装实验, 得到了与仿真相一致的结果。

因液体透镜在成像、生物识别、光电和芯片实验室等方面具有广泛的应用前景,研制出一种基于调频法的介电效应液体透镜,通过调节输入电源信号频率实现对透镜焦距的控制,获得了频率、电压、接触角、焦距和透镜孔径间的变化关系。所研制的介电透镜施加的电压频率范围为0~20 kHz,其焦距可在6~8 cm间变化,透镜孔径变化范围为2~3.25 mm,透镜响应时间约为375 ms。本透镜具有结构简单、驱动快速、调节精确、能耗小、分辨率良好、动态范围大等优点。

通过介电泳方法定向排列了ZnO纳米线, 制作了自组装有序的纳米线紫外探测器。为了适合在金叉指电极上排列, 用水热方法设计生长了超长的ZnO纳米线, 并通过700 ℃的热退火处理, 使得可利用的表面缺陷增多。通过研究器件的光致发光光谱和光响应, 发现光、暗电流比和响应恢复时间有显著提高, 并分析了其中可能的机理。

提出了可分析、筛选乳胶微粒的介电泳陷阱与微马达,并以此为核心单元讨论了片上实验室的组建.设计了可集中样本预处理、分离筛选与微马达驱动等多个功能于一体的微分析芯片,并优化了各分立单元的作用效果.用新的螺旋-叉指和螺旋-城堡电极代替传统的螺旋状或者叉指、城堡状电极,可以不必借助电渗流的作用分开大小不同的乳胶微粒,分离效率达90%以上.当激励信号为驻波时,样本分离电压比普遍使用的行波信号降低50%.对于起介电泳筛选作用的城堡状电极进行了侧向和轴向的非均匀化处理,提高了对微粒尺寸的敏感性,可以将70%的小微粒从混合液中分离.有限元分析和实验结果表明,与参考文献中提到的芯片结构相比,电极的新排布方式增加了轴向场强梯度,分离电压比传统方法降低了80%.另外,微马达和探测电极的集成,为旋转性质的测电学量提供了便利.

设计制作了一种基于氧化锌纳米线的谐振式硅加速度计,该加速度计的敏感单元为由氧化锌纳米线横跨金属微电极组成的谐振器。采用介电电泳的方法组装了氧化锌纳米线,并利用FIB沉积Pt将氧化锌纳米线固定在微结构上以确保结构的可靠性。在加速度的作用下,质量块引起的惯性力通过支撑梁对纳米线施加应力,因此,在谐振条件下,纳米线谐振频率的变化反映了加速度的大小。谐振式加速度计的准数字输出能解决多数MEMS器件输出微弱信号检测难的问题。实验结果表明,加速度计的灵敏度随着纳米线的厚度的减小而急剧增加,选择500nm厚度的纳米线作为理论分析,加速度计的灵敏度可达2.5kHz/g以上。