微/纳结构三维形貌高精度测试系统

为实现微/纳结构三维形貌的高精度测量,提出利用显微干涉技术和偏振技术相结合的方法来研制微/纳结构三维形貌亚纳米级精度测试系统.首先,利用五步相移干涉技术采集5幅带有n/2相移增量的干涉条纹图.然后,通过Hadharan五步相移算法得到包裹相位图.最后,利用分割线相位去包裹算法和相位高度关系转换得到微/纳结构三维形貌.在测试过程中通过偏振片产生强度可调的线偏振光,再由1/2波片改变偏振光在分光镜中的分光比,补偿参考镜与试件的反射性能差异,可得到亮度适中且对比度高的干涉条纹图,从而有利于实现微/纳结构三维形貌的高精度测量.系统的轮廓算术平均偏差R_a的重复测量精度可迭0.06 nm,最大示值误差不到±1%,示值变动性不到0.5%.通过对标准多刻线样板、硅微麦克风膜和硅微陀螺仪折叠梁的三维形貌测量验证了系统的有效性和实用性.     

多元醇水热还原所得微纳结构铜的形貌研究

以CuSO4·5H2O和NaOH为主要原料,一种六元脂肪族醇为还原剂,在不同水热条件下,分别得到铜的纳米棒、纳米线、叶状和六角状等形貌,用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征,结果说明,几种条件下所得的产物都是不含杂质的金属铜。     

相移条纹投影三维形貌测量技术综述

结构光三维形貌测量系统目前得到了越来越广泛的应用和研究,相移条纹投影三维形貌精密测量技术是其重要的发展方向。对结构光相移条纹投影三维形貌测量系统的应用发展、工作过程、不同系统构成方式、相移条纹的各种形式及特点、相位误差校正方法、不同相位解包裹算法及其优缺点和适用场合、测量系统数学模型的实现方法及其相应的优缺点、高动态范围测量技术等进行了详细的分析。对相移条纹投影系统的工作流程、实现方法、关键技术的发展及其存在问题等进行了比较全面的梳理,为三维形貌精密测量技术进一步满足先进制造中更高精度的要求指出了后续的研究方向。     

基于线结构光的柴油机缸盖三维形貌测量

为了获取某种型号内燃机工件的三维形貌数据,设计了线结构光非接触方式的移动扫描测量系统。探索出了以虚拟双目立体视觉原理为理论基础的相机光心平移轨迹所在直线的方向余弦标定的实现方法,从而确定由系统中各局部坐标系变换到系统全局坐标系的旋转矩阵R和平移向量T,进而求出系统中各个局部坐标系原点在系统全局坐标系下的坐标值,最后得到相机光心移动轨迹所在直线的方向余弦。探索出利用相机的移动距离及方向余弦将局部坐标系数据转换至全局坐标系的计算方法,扫描获取了某种型号柴油机缸盖的三维形貌点云数据,在此基础上设计算法从中提取出气道口的中心坐标,测量精度较高。采用逆向工程软件对工件进行了表面重构,结果与实际表面特征信息吻合良好。     

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方向。     

相移干涉三维形貌纳米检测及算法研究

基于相移干涉理论设计并实现了微平面三维形貌测试系统，针对三维形貌检测解包裹过程中出现的问题，改进了现有的残差点判断法，能够更加准确、快速地确定残差点的存在．对相位解包裹算法进行了系统研究．分析了干涉图中残差对相位解包裹的影响，提出了一种基于二阶导数的区域增长解包裹算法．在实际测量中，最终结果得到了明显的改善，证明了该方法的有效性，提高了系统精度、采用此算法，系统的纵向测量误差小于2nm．     

一种基于传像束的新型微三维形貌测量系统

文章根据结构光的测量原理提出了一种基于传像束的微三维形貌检测系统。充分利用传像束自由度大、能弯曲、易实现长度超过1m的光路等优点，在投射结构光条纹及摄取变形条纹图像时用它来代替传统的光学系统，从而使该系统比一般的微三维形貌测量系统多了内腔测量和远距离测量的功能。文中给出了实验结果，该系统的可行性得到了验证。     

基于单步相移算法的投影技术及其应用

利用一组规则栅线投县物体表面的变形光栅,采用单步相移算法解调出含有物体表面高度信息的位相。本文建立了一种较传统相移技术快速,但精度相当的投影技术。该技术只需采集一幅图象。文中给出了一个典型试件的实验结果和分析。     

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.     

单体结构对聚酰胺复合纳滤膜表面形貌与性能的影响

以聚砜超滤膜为基膜，2，5-二胺基苯磺酸（DABSA）、间苯二胺（MPDA）、GO代树状聚合物聚酰胺-胺（PAMAM-GO）为水相单体，均苯三甲酰氯（TMC）为油相单体，通过界面聚合法分别制备出3种聚酰胺复合纳滤膜。采用傅立叶转换红外全反射分析膜表面化学组成的变化，用扫描电镜观察了膜的表面形貌，分别评价了3种膜对2000mg／LNaCl、Na2SO4、MgCl2、MgSO4等4种盐的脱除效果。结果表明，NF-DABSA膜表面呈疏松网络状结构，NF-MPDA膜表面由许多小的囊泡堆积成致密层，而NF-ZGO膜表面是由许多小的颗粒紧密堆积而成。其中NF-ZGO膜呈荷正电特征，对NaCl、Na2SO4、MgCl2、MgSO4的脱除顺序为MgCl2〉MgSO4〉Na2SO4〉NaCl，另两种膜则呈荷负电特征。当3种水相单体中的活性基团浓度都相同时，制备所得的纳滤膜对2000mg／LNa2SO4的脱除顺序为NF-MPDA-T〉NF-ZG0-T〉NF-DABSA-T。由此可见，单体的结构对复合纳滤膜的形貌及性能产生很大影响，其主要原因可能与单体的反应活性及在基膜表面的吸附性能有关。     

双差动快速结构光显微测量方法和系统

快速结构光显微测量技术具有高精度、高效率以及强适应性等特点,广泛应用于微纳检测领域。传统的快速结构光显微测量方法,利用轴向调制度响应曲线的线性区域,通过构建调制度值与实际高度之间的关系来实现三维形貌重建。但是,轴向调制度响应曲线的线性区域很短,传统方法的应用受限于其较窄的动态测量范围。为了克服这一缺陷,提出了一种双差动快速结构光显微测量技术。通过引入两条额外的探测支路构建双差动轴向调制度响应曲线,可以获得更宽的线性区域。在数值孔径为0.9,放大倍率为100倍的显微物镜条件下,其测量范围在仿真分析中可从380 nm提升到760 nm,在实验中可从300 nm提升到600 nm。仿真与实验结果均证明双差动快速结构光显微测量方法的动态测量范围相比传统方法的动态测量范围提升了一倍,有效地拓展了快速结构光显微测量技术的应用范围。     

基于RBF神经网络的结构光三维视觉检测方法研究

研究了基于RBF神经网络的结构光三维视觉检测方法。该方法利用了RBF网络良好的非线性映射能力以及学习、泛化能力，通过采用高精度样本数据训练RBF网络，最终建立起了用于结构光三维视觉检测的RBF网络模型。与常规方法相比，它不需要考虑视觉模型误差、光学调整误差等对视觉检测系统测量精度的影响，因而能够有效地克服常规建模方法的不足，保证了检测系统具有较高的精度。     

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。     

表面微纳结构的特殊功能及制备方法研究进展

通过构建表面微纳结构和制备纳米涂层可使材料表面获得特殊功能。主要综述了表面微纳结构的特殊功能和制备表面微纳结构和纳米涂层的主要方法和加工技术。首先，介绍了表面微纳结构在超疏水、光学超透镜和减摩耐磨方面的应用；其次，分别阐述了光刻技术、激光加工技术、自组装技术、增材制造技术(3D打印)、沉积法和溶胶凝胶法等表面微纳结构和纳米涂层的加工方法的研究进展；最后，总结了表面微纳结构及纳米涂层的不同制备方法存在的问题和发展趋势。     

微纳结构化智能凝胶材料用于重金属离子快速检测的研究进展

智能凝胶材料由于具有特异响应环境信息的能力,被广泛应用于生物或化学传感器,包括重金属离子传感器.由于智能凝胶材料的特征尺寸越小,响应速度越快,因此研究重金属离子响应型智能凝胶材料的微纳尺度结构化对于实现其快速检测具有指导意义.综述了近年来利用微纳结构化智能凝胶材料实现重金属离子快速检测的研究进展,探寻可以制备出简单、可...     

微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术

功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能,一般包含具有规则的几何形状,基于深度和线宽的比值,可以将其区分为高/低深宽比微结构。目前对微结构的检测,多用有损检测中的扫描电镜（SEM）剖面成像技术,而产线上迫切需要用于监测与改进制作工艺的无损检测技术。本文系统总结了作者所在研究团队十余年在微结构三维形貌无损检测方面的低相干显微干涉技术进展,其中白光显微干涉仪用于超光滑表面、台阶、微光学元件、微机械元件等低深宽比微结构的三维形貌检测,近红外显微干涉仪用于硅基高深宽比微结构的三维形貌检测。文章阐述了两波段显微干涉系统的关键技术与典型样品的检测实例,结果表明：白光显微干涉仪和近红外显微干涉仪是两种高精度的无损检测仪器,前者检测高深宽比小于等于4,后者检测高深宽比大于等于20的微结构三维形貌,数据结果是可信的。显微干涉无损检测技术获取的三维形貌数据,将有效优化微结构的制造工艺,进一步提升有关器件的性能。     

扫描探针显微镜下微纳结构深度测量的校准方法

扫描探针显微镜(SPM)是微纳结构三维测量中的一项重要技术。然而,在测量过程中台阶或沟槽样品的边缘附近会出现不准确的轮廓,这就造成了深度测量的精度损失。为了避免深度测量的精度损失,分别建立了机械探针和光学探针的两个分析模型,描述了不准确轮廓、样品深度和探针形状之间的耦合关系;在此基础上,提出了一种具有良好精度的深度测量标定方法。与现有的国际深度测量标准(W/3规则)进行比较,该方法提供了一个明确的边界来确定测量结果是否有效;此外,它还可以指导用户在执行测量之前选择适当的探针。     

微纳分级结构碳酸钙中空微球的可控制备

以CaCl₂和Na₂CO₃为反应原料, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基磺酸钠(SDSN)为模板剂, 在50℃采用化学沉淀反应, 干燥、煅烧后成功制备了具有微纳分级结构的CaCO₃中空微球。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等检测手段对所制备的样品形貌、结构进行了表征, 结果显示：所制备的微纳分级结构CaCO₃中空微球直径为4~6 μm, 壳壁由直径约60 nm的CaCO₃颗粒组成, 壳层厚度约为200 nm, CaCO₃中空微球晶相组成为方解石和球霰石的共混体。同时, 在反应温度为50℃、PVP添加量为0.4 g, SDSN浓度为0.1 mol/L的条件下, 所制备的微纳分级结构CaCO₃中空微球分散性好, 且形貌比较完整。     

结构光照明层析多样性表面形貌测量

围绕散射表面和复杂微结构表面形貌高精度测量需求,对基于结构光照明的表面形貌测量技术与系统进行了研究,设计了基于科勒照明结合数字微镜器件调制的具有良好结构光对比度和均匀性的结构光照明光学系统,提出了基于高斯曲线插值的虚拟狭缝SlitMask结构照明共焦层析算法与基于迭代高斯拟合的峰值提取重建算法,建立了结构光照明表面形貌测量系统,利用单刻线对系统进行准确性与重复性测试,结果表明相对示值误差为1.87%,重复测量结果的标准差为0.0014μm。对玻璃多刻线样板和车削表面进行测试,验证了本系统不仅可用于反射表面的测量,还对散射表面具有较好的测量能力。