基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺研究

利用光学光刻技术进行多种形状规格聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳敏感结构的并行加工。研究了基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺,并加工出不同形状、、不同大小的PDMS微纳敏感结构。此外,对加工后的PDMS微纳敏感结构薄膜进行表征,观察了不同形状、不同大小的PDMS微纳敏感结构的形貌特征。结果表明:基于光学光刻技术的PDMS微纳敏感结构薄膜加工工艺具有加工效率高,加工过程中不需要刻蚀、激光加工等复杂工艺和昂贵设备的特点,并且实现了大批量PDMS微纳敏感结构的并行加工。同时,掩模板上的微纳图案较好地转移到PDMS薄膜上,具有较好的图案曝光成像和图形转移效果。此外,制备的PDMS微纳敏感结构形状较规则、排列整齐,并且不同形状,不同大小的PDMS微纳敏感结构都具有高度一致性较好,侧面轮廓分明,侧壁角接近90°的特征。     

基于同步辐射光刻的多层微纳结构制造

高分子材料，如甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA），由于其价格相对低廉和容易加工，在集成电路和MEMS研究中受到广泛的关注．本文提出了一种基于PMMA基板的多层同步辐射光刻技术，用于制作微驱动器等有移动部件的设备．设计的多层结构包括140个单元的叉指平行电容器，每个电容器的间隔是2μm，最小尺寸是4μm，厚度是200μm，故深宽比达到50：1．该制造方法具有高深宽比、高产出率及成本低等优点．     

飞秒激光加工微纳光学器件

光学器件正在向着小型化、集成化以及柔性可变形等方向发展,基于集成微纳光学器件的光学系统以其较低的功耗、快速的响应时间以及高信息容量等优势脱颖而出。然而目前的高精度微纳加工手段如聚焦离子束(focused ion beam,FIB)刻蚀、半导体光刻等工艺复杂,且缺乏灵活性。飞秒激光作为一种非接触、高精度、高脉冲强度的“冷”加工工具在微纳加工方面受到格外青睐。本文首先阐述了飞秒激光加工微纳光学器件的背景及相关机理,然后讨论了提高飞秒激光加工分辨率的各种方法,接着综述了基于飞秒激光的多种先进加工手段,其后总结了近年来飞秒激光加工微透镜、光栅、光波导以及光子晶体方面的代表性研究进展。最后,本文概括了飞秒激光加工微纳光学器件研究领域所面临的挑战以及未来发展方向。     

聚芴类微纳颗粒材料的制备与应用研究进展EI北大核心CSCD

聚芴类微纳颗粒材料具有高的荧光量子效率、良好的光稳定性以及特殊的微纳尺寸效应,在化学、医学、新材料以及新能源等领域显示出极为重要的科学研究价值与广阔的应用前景。文中综述了近年来聚芴类微纳颗粒材料制备研究的新进展,对比分析了单体聚合法、微乳液法、再沉淀法、自组装法以及微流控法的优点与不足;对聚芴类微纳颗粒材料在生化传感器、细胞成像等领域的应用研究进行了重点阐述。同时,对聚芴类微纳颗粒材料研究工作中存在的焦点问题亦进行了客观分析与评价,并探讨了未来研究重点。     

衬底温度对柔性硫化锌薄膜结构与光学性能的影响北大核心CSCD

本文利用射频磁控溅射薄膜沉积技术在柔性聚酰亚胺(PI)、氧化铟锡(ITO)玻璃及石英玻璃衬底上制备了透明硫化锌(ZnS)薄膜。通过改变生长过程中的衬底温度,全面系统地研究了衬底温度对柔性和刚性ZnS薄膜的晶体结构、光透过率、光学常数以及表面性能影响的规律。研究表明升高衬底温度有利于形成ZnS薄膜(111)晶面的择优取向生长。不同衬底温度条件下制备的柔性和刚性ZnS薄膜在可见光波长范围内的平均光透过率均大于80%;在红外波长范围的平均光透过率达到85%。柔性ZnS薄膜在400 nm-890 nm波长范围内的光学折射率为2.21-2.56。刚性ZnS薄膜的光学折射率随着衬底温度的升高有所增加,当衬底温度为300℃时,刚性ZnS薄膜在890 nm波长处的折射率达到2.26。柔性ZnS薄膜厚度及表面粗糙度均随着衬底温度的升高而降低,当衬底温度为300℃时,柔性ZnS薄膜表面均方根粗糙度达到最小值2.99 nm。为实现高性能柔性ZnS光电器件,应控制生长柔性ZnS薄膜的衬底温度在200℃-300℃,以获得最优化的器件性能。     

基于投影光刻技术的微透镜阵列加工方法

本文提出了一种基于投影光刻技术的微透镜阵列制备方法,成功制备多种口径、面形及表面粗糙度均良好的微透镜阵列。该方法采用0.2倍投影物镜,降低掩模板制造成本,实现不同口径微透镜阵列制备。采用掩模移动滤波技术,在降低掩模制备复杂性的同时,提高了微透镜阵列面形精度。本文对四种不同口径的微透镜阵列进行制备实验,分别为50 μm、100 μm、300 μm、500 μm,其表面形貌加工精度达到微米级,表面粗糙度达到纳米级。实验结果表明,该方法在微透镜阵列制造中具有很大的潜力,与传统方法相比,能够实现更低的线宽和更高的表面面形精度。

     

调控CN_x薄膜的紫外可见波段光学性能研究北大核心CSCD

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在不同衬底温度(常温、50、100、150、200℃)下制备了碳氮(CNx)薄膜,并对其形貌、结构及光学性能进行了研究。通过扫描电镜得出随着衬底温度的升高,薄膜由疏松逐渐变得致密。X射线光电子能谱分析表明:薄膜的结合健有sp^2C=C、sp^3C-C、sp^2C=N和sp^3C-N。随着衬底温度的升高,sp^2C=C的比例没有明显变化,sp3C-C比例逐渐增大(28.6%~36.4%),sp^3C-N的比例也逐渐增大(21.4%~33.4%),而sp^2C=N的比例减小(40.2%~21%)。反射光谱和吸收光谱显示:随着衬底温度的升高,薄膜在200~800 nm波段内的反射率增大(8%~40%),吸收率减小(92%~60%)。进一步推导得到薄膜的光学带隙随着衬底温度的升高而增大(2.5~3.57 e V),主要由薄膜中sp^2C=N减少导致的。本文实现了对CN_x薄膜在紫外可见波段范围内的光学带隙的调控。     

大气压氩气微等离子体射流加工聚合物薄膜北大核心CSCD

为研究实验衬底电导率对于大气压微等离子体射流特性的影响,在处理聚合物薄膜表面的过程中,铜片、硅片、石英玻璃片分别作为实验衬底,对针-环型射流装置产生的微等离子体射流特性进行了实验分析。电特性结果表明,三种条件下的放电电流波形特点相同,仅存在数值上的差异,放电功率均随电压增大而增大,在相同条件下使用铜片时射流放电强度最强。对等离子体射流发射光谱进行采集,并计算三者气体温度和电子温度,结果表明三种条件下的射流气体温度范围在310~365 K,均接近室温,电子温度分别为2118、1958和1380 K,使用铜片时射流电子温度最高,可认为其具有更多的高能电子和活性物质。利用射流对聚合物薄膜的处理效率对结论进一步验证,三种条件下射流分别处理PET薄膜表面15 s,表面静态接触角从初始78.1°分别降至22.2°、26.3°、28.3°,可见使用高电导率的衬底有助于提高微等离子体射流的处理效率。这些研究结果对大气压低温等离子体射流加工聚合物薄膜工艺具有重要意义。     

氧化铝微纳结构材料的研究进展

氧化铝微纳结构材料由于具有特殊的形貌、高比表面积、高介电常数、高的热和化学稳定性等特性,以及可以作为构筑单元,采用自下而上的方法合成各种超级结构材料,从而使其在吸收剂、催化剂裁体、陶瓷材料、耐磨材料和新结构材料合成等诸多领域得到重要应用,已成为当前纳米材料科学领域的前沿和热点.结合近年来国内外的最新研究进展对氧化铝微纳结构材料的制备方法、表征和物性研究等进行了综述,并对其发展趋势和前景进行了展望.     

微阴极电弧推力器放电特性研究北大核心CSCD

相对于大型卫星,微纳卫星具有模块化、发射灵活、可编队飞行等特点。微阴极电弧推力器(μ-CAT)是一种适用于微纳卫星的推进装置,具有体积小、质量轻、功耗小等特点。本文分析了μ-CAT的工作原理,对推力器结构进行了设计,并利用高真空电推进实验平台,完成了对推力器放电特性实验装置的搭建。在高真空条件下对μ-CAT进行了点火试验,测试了推力器放电时的伏安特性曲线,分析了单脉冲周期的电压电流变化规律。随后分别在有无外加磁场的条件下,采用法拉第探针测量了μ-CAT等离子体离子电流空间分布情况,实验结果表明磁场具有减小等离子体羽流发散角的作用。研究工作可为后续推力器放电参数优化设计和羽流测量工作提供理论指导。     

微纳结构超疏水材料制备技术的研究进展

综述了超疏水材料制备技术的研究进展,总结了聚合物和金属基两类主要超疏水材料的制备工艺以及国内外研究现状,指出制备具有各种特殊功能性的超疏水材料如定向疏水材料、超双疏材料等将是今后重要的研究万向.     

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展EI北大核心CSCD

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。     

微机械薄膜变形镜光学影响函数矩阵的测试与研究

介绍了微机械薄膜变形镜光学影响函数的理论表达式以及其具有的线性叠架性，对OKO公司的37通道微机薄膜变形 进行了实际测量，得到了光学影响函数矩阵，方便了变形镜实际使用，实验结果验证了理论推导的正确性。     

ZnMgS多晶薄膜的结构和光学性质

本文介绍了对真空蒸发制备的多组ZnxMg1-xS多晶薄膜的研究，用X射线能量色散谱仪（EDS）测定几组ZnxMg1-xS薄膜样品的成分后，由原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）测试结果表明：薄膜晶体生长形貌和结晶性良好，为闪锌矿结构；对ZnxMg1-xS薄膜的紫外吸收分析表明，薄膜在345nm-275nm处形成陡峭的吸收边，在波长小于275nm的紫外区有强烈的吸收；光致发光谱中发光中心波长在可见光区紫光范围约为401nm～395nm之间。同时随着Mg含量的增加。样品的（111）峰位向大角度方向移动，吸收边和发光峰的蓝移也增加。蓝移说明了带隙的展宽。显示了其作为短波光电器件材料和拓展紫外发光器件的研制领域的潜力。     

分级微纳结构氧化锌的制备及其光致发光

采用低温热蒸发法研制出新型的ZnO分级微纳结构,利用场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪对其形貌与结构进行了表征,结果表明,所制备的分级结构为纯六方纤锌矿结构,由主干直径为1-3μm的ZnO微米线和表面的宽度为1μm、厚度约为100nm的晶片组成。用气-固（VS）机制阐明了ZnO分级结构的生长机理。在室温下,用近场光学显微镜测量了ZnO分级结构的光致发光谱,结果显示,在380nm处存在很强的近带隙发光峰,而508nm左右的缺陷发光很弱。     

基于时域相移技术的结构光三维微纳形貌检测方法

针对微纳器件三维形貌快速检测及重构中的高精度和高速度难以兼得的技术难题,本文提出一种基于时域相移技术的结构光检测方法,通过空间光调制器对测量光进行调制,结合时域相移技术实现微纳器件三维形貌检测和重构.相比传统的结构光检测方法,本技术在样片轴向扫描的同时,利用空间光调制器进行相移测量,保证测量精度的同时提高测量的效率.通...     

石墨的微加工工艺研究

石墨具有固态超滑和耐酸、耐碱和耐有机溶剂腐蚀等特性, 使其有望成为微机电系统 (MEMS) 基础材料的一种选择。如能通过微纳米加工工艺对石墨进行微加工并在石墨上大批量、稳定、可控地制备各种掩模图案和石墨微结构, 一定程度上可以推动石墨成为MEMS基础材料。故本文通过工艺设计和参数摸索, 利用薄膜沉积、光刻、刻蚀等常用的微纳米加工工艺对石墨进行微加工研究, 并对加工后的石墨进行表征。结果表明, 利用薄膜沉积技术在石墨表面沉积的薄膜可以满足后续光刻和刻蚀等工艺的要求。同时, 采用光刻技术能在石墨表面大批量、稳定、可控地加工出不同形状, 不同尺寸的光刻胶掩模图案。此外, 利用刻蚀技术可以在石墨上大批量、稳定、可控地加工出形状较规则, 排列整齐且垂直度较高的石墨微结构。     

水性引发剂浓度对MMA/n-BA/H-PDMS微乳液聚合的影响EI北大核心CSCD

以辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和OP-4、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为复合乳化剂,正戊醇为助乳化剂,含氢聚二甲基硅氧烷(H-PDMS)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸正丁酯为聚合单体,以水溶性过硫酸铵(APS)-亚硫酸氢钠(NaHSO3)为氧化还原引发剂,采用微乳液聚合方法,制备了4种引发剂浓度不同的聚合物微乳液,研究了引发剂浓度对MMA/n-BA/H-PDMS的微乳液共聚合的影响。通过FT-IR和1 H-NMR分析证明,微乳液体系中的聚合物含有氢聚硅氧烷/丙烯酸酯共聚物;实验表明,当引发剂浓度太低时,聚合体系存在引发诱导效应;而当引发剂浓度适当提高时,聚合过程存在明显的恒速期;但当引发剂浓度较高时,聚合过程无明显恒速期,继续提高引发剂浓度,聚合速率明显变大,其聚合速率的最大值也更高。通过动力学研究,分别得到了聚合速率与产物特性黏度的动力学关系式:Rp∝[APS]0.75,[η]∝[APS]-0.07。另外,实验结果表明,随着聚合转化率的提高,乳胶粒径增大。在这些研究基础上初步探讨了微乳液聚合机理。     

微纳结构叶状铜的水热制备条件研究

借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征,利用CuSO4·5H2O和NaOH为主要原料,考察了作为还原剂的多元醇种类、多元醇的量、水热反应温度、NaOH的量等条件对产物铜的形貌的影响.结果表明:在所研究范围内,要得到具有微纳结构的叶状铜的水热制备条件是:D-山梨醇作还原剂,醇与Cu2 的摩尔比不超过1/2,水热温度为180℃,NaOH的量不影响叶状铜的形成.     

Ag-MgF2复合金属陶瓷薄膜的结构与光学特性研究

以真空烧结的Ag-MgF2粉体为蒸发材料,用真空蒸镀法制备了Ag-MgF2金属陶瓷薄膜,X射线衍射、红外以及紫外-可见光谱研究表明:薄膜为由纳米fcc-Ag晶粒镶嵌于主要为非晶态的MgF2基体中构成.在400～1600cm-1波数范围,Ag-MgF2金属陶瓷薄膜具有400～600cm-1的MgF2晶体特征吸收带和Ag-MgF2复合结构产生的730～1250cm-1的吸收谱带;在200～800nm波长范围,Ag-MgF2金属陶瓷薄膜对波长为220～800nm的光波均具有很低的反射率和很强的吸收,对波长为340～580nm的光波吸收率高达85%以上;而在紫外光区,Ag-MgF2薄膜则具有高反射率(＞51%).