聚焦离子束技术制造金刚石切削刀具的研究

概述了基于聚焦离子束（Focused Ion Beam,FIB）加工技术制备金刚石切削刀具的相关研究进展,并介绍了金刚石刀具在超精密加工领域的研究背景及其制造现状。作为一种先进的微纳制造技术,聚焦离子束已在微尺度金刚石刀具制造研究中发挥了重要作用。针对金刚石刀具的刃口半径、刃形精度等核心参数,国内外相关研究者开展了聚焦离子束制造方法与工艺优化研究,实现了高质量刀具的制造,聚焦离子束加工可获得刃口半径为15～22nm的金刚石刀具制造。从微观切削基础和微纳光学元件制造两个角度,论述了聚焦离子束制造金刚石刀具的应用研究进展,介绍了其在纳米切削机理、微纳尺度光学元件制造中的应用。最后从提高FIB制造效率、应用研究拓展等角度,对该领域未来的发展进行了展望。     

FIB／SEM双束系统在微纳加工与表征中的应用

简要回顾了聚焦离子束／扫描电子显微镜双束系统在国家纳米科学中心的应用。围绕透射电镜样品制备、扫描电子显微镜与扫描离子显微镜、纳米材料的二维与三维表征等材料表征,以及离子束直接刻蚀加工如光子晶体阵列器件原型加下、材料沉积加工如用于电学性能测试的四电极制作、指定点加工如原子力显微镜针尖修饰、三维加工、电子束曝光及其与聚焦离子束联合加工等纳米结构加工两方面,以一些具体实例分类进行了介绍。针对限制其应用的一些不利因素,如加工效率低、面积小、精度不足、加工损伤等问题,一些新技术如新型离子源Plasma、He^＋／Ne^＋离子等与现有Ga^＋聚焦离子束系统配合将成为未来发展方向。     

合金化热镀锌镀层组织Γ相的结构分析

为了研究合金化热镀锌镀层组织Γ相的结构,采用聚焦离子束(FIB)方法制备了合金化热镀锌无间隙原子(IF)钢板镀层横截面透射电镜(TEM)试样,应用TEM对其显微结构进行了观察和选区电子衍射分析,应用X射线能谱仪(EDX)测定了Γ相的化学成分,并介绍了FIB方法制备TEM试样的过程.结果表明,Γ相选区衍射花样中存在明显的超点阵衍射.证明Γ相是一种有序金属间化合物;计算机模拟电子衍射花样的结果给出了Γ相的原子占位.     

合金化热镀锌镀层组织Г相的结构分析

为了研究合金化热镀锌镀层组织Г相的结构,采用聚焦离子束(FIB)方法制备了合金化热镀锌无间隙原子(IF)钢板镀层横截面透射电镜(TEM)试样,应用TEM对其显微结构进行了观察和选区电子衍射分析,应用X射线能谱仪(EDX)测定了Г相的化学成分,并介绍了FIB方法制备TEM试样的过程.结果表明,Г相选区衍射花样中存在明显的超点阵衍射.证明Г相是一种有序金属间化合物;计算机模拟电子衍射花样的结果给出了Г相的原子占位.     

聚焦离子束系统在微米/纳米加工技术中的应用

聚焦离子束系统是微细加工和分析的主要技术之一,是一个完美的微米/纳米技术研究平台.简述了聚焦离子束系统的组成和主要功能,着重介绍了近年来该技术在离子束刻蚀、反应离子束刻蚀、离子束辅助沉积、离子注入、微区分析、掺杂和成像以及无掩膜曝光等微米/纳米加工领域的应用,并对未来的发展前景进行了简要分析.     

用于DNA分子检测的纳米电极

基于纳米孔技术的新兴单分子传感技术已开发用于DNA测序,使得测序技术读取数据更快、测序成本降低、测序样品简化、无需标记.纳米孔孔内集成横向纳米电极可实现二维双通道同时检测易位信号的变化,从而提高纳米孔测序的精确度.目前纳米电极的制备方法主要包括:机械可控劈裂结法、电子束光刻法、电子束诱导沉积法、聚焦离子束刻蚀法、透射电镜刻蚀法等.分析纳米电极不同制备方法、应用范围、表征及其优缺点,可为后续纳米孔技术应用到DNA测序平台提供高效、稳定的选择.     

聚焦离子束研磨Au-Ti-GaAs薄膜引起损伤的研究

通过分析纳米孔的透射电子显微镜(TEM)截面图像和蒙特卡罗理论模拟,研究了聚焦离子束(FIB)研磨Au-Ti-GaAs薄膜的基本性能.应用蒙特卡罗方法模拟FIB研磨三层薄膜的损伤深度与离子能量大小的关系,由于材料不同的阻止本领和晶体结构等因素对损伤深度的影响,随着离子能量的增大,损伤深度并非线性增加.同时,溅射物质的重沉积也影响着纳米孔的形貌,对此也作了系统的分析和探讨.     

合金化热镀锌IF钢板镀层显微组织的TEM观察

介绍了用聚焦离子束方法制备合金化热镀锌IF钢板镀层横截面TEM试样，应用透射电镜对其显微结构进行了观察。结果表明，商用合金化热镀锌IF钢板镀层显微结构由近界面的牙齿状Г相层和等轴Г1相及δ相组成，晶粒尺寸为0．5～1μm；δ相电子衍射斑点中存在明显的超点阵斑点。     

等离子抛光石英玻璃特性研究

离子束具有加工精度高、可控性好、加工面洁净无污染等优点,利用其加工超光滑光学元件可避免传统机械加工方法所带来的亚表面损伤。本文将射频等离子体应用于石英玻璃的加工,对射频等离子体抛光效应进行了研究。分析通过改变离子束的能量、束流和入射角等工艺参数,对抛光效果的影响。试验结果表明,表面粗糙度RMS随着离子束能量的增大先降低后升高,离子束抛光能量为600eV时,粗糙度到达最小,为1.73RMS/nm,离子束束流为200mA时,粗糙度到达最小为1.26RMS/nm。表面粗糙度随抛光时间增加先降低后升高。     

聚焦离子束加工单晶体金刚石刀具实验研究

作为超精密切削加工刀具的理想材料,单晶体金刚石材料的加工制造方法直接决定了刀具切削加工表面的精度和质量.由于金刚石材料具有明显的各向异性,在传统的金刚石刀具机械刃磨法中需要综合考虑制备工艺和刀具性能的协同关系,主要包括不同晶面表现出显著的物理机械性能差异、不同晶向存在显著的难磨和易磨方向等.本文针对聚焦离子束(FIB)技术加工金刚石刀具的过程中,金刚石材料性质对聚焦离子束加工质量、加工效率的影响规律等关键工艺开展了研究.研究发现,与传统的机械刃磨法相比,聚焦离子束加工是基于高能离子束的轰击溅射实现材料的去除,聚焦离子束加工中存在的级联碰撞现象显著弱化了金刚石材料各向异性的影响.     

纳米制造和测量技术产业化的研究

从加工尺度的连续性和加工技术的完整性这一新的角度,分析了纳米加工产业化面临的问题,并提出了相应的解决方案一多离子柬聚焦投影技术。多离子柬聚焦投影技术将填补传统微机加工技术和半导体图形技术之间0．5～5μm的加工空白,并会在1～100nm尺度间实现自上至下技术和自下至上技术的有机结合。纳米测量技术产业化的研究中,以提高扫描探针技术的样品质量作为出发点。在聚焦离子束和扫描电镜平台上集成Ar离子束的“三束”显微镜能有效降低样品的损伤,大大推动了纳米测量技术的发展。     

聚焦离子束（FIB）及其应用

简单介绍了聚焦离子束（FIB）的历史和工作原理,以及将离子束和电子束合为一体的双束系统。具体讨论了双束系统上的主要功能,如离子束镜筒、气体注入系统（GIS）、超高分辨率的扫描电镜镜简及将离子束和电子束合为一体的独特优势。例举了双束系统的一系列应用,如制作纳米图形用的多种加工方法,气体注入系统在制作纳米图形中的应用,透射电镜及原子探针的样品制备,三维形貌表征,三维能谱成分表征,三维EBSD晶体位相表征和电路修补。详细介绍了这些相关应用的发展现状及特点,比较了各种应用的优缺点。文章还介绍了在中国科研领域双束系统的应用状况及中国科研工作者利用双束系统获得的重要成果。     

宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用

以柱撑式环氧树脂大孔聚合物为模板,制备宏观尺寸的大孔-介孔SiO₂;以其为载体,通过钛酸四丁酯原位水解和高温焙烧制得大孔-介孔TiO₂纳米晶-SiO₂复合材料。应用SEM、TEM、XRD、FTIR和N₂吸附-脱附法对材料进行表征。以偶氮荧光桃红为模拟污染物,用氙灯模拟日光光源,考察了不同条件下大孔-介孔TiO₂-SiO₂的光催化性能。结果表明,大孔-介孔SiO₂具有三维连续贯通的大孔孔道,孔壁为连续的纳米SiO₂薄膜;TiO₂纳米晶以纳米薄膜的形式均匀地原位生长在SiO₂纳米薄膜的两侧,得到的复合材料孔壁上存在丰富的介孔。当焙烧温度为600℃、TiO₂的负载量为15.7wt%、染料溶液浓度为10 mgL-1且pH为3时,大孔-介孔TiO₂-SiO₂光催化剂对污染物的光催化降解效率最高,而且具有良好的重复使用性。      

介孔材料对纳米碳管制备及结构的影响

本文报道了制备含Fe的硅介孔材料以及利用该介孔材料生长纳米碳管的工艺条件.利用化学气相沉积法,以含有Fe的介孔材料为催化剂,在800%条件下催化分解乙炔气体制备纳米碳管,同时利用扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）对制备的纳米碳管的形貌及结构进行观察表征.实验结果表明该介孔材料可以在一定程度上控制纳米碳管的结构及形貌,得到直径均一、笔直开口的纳米碳管.     

聚焦离子束(FIB)刻蚀在光电子器件方面的应用

聚焦离子束无掩模微细加工技术逐渐引起人们的兴趣，它包括聚焦离子束无掩模刻蚀、注入、往积、光刻等。聚焦离子束刻蚀能在半导体激光器材料上加工得到具有光学精度的表面。首先论述聚焦离子束刻蚀的特点，然后概括说明目前它在光电子器件方面的若干应用。     

实时斜离子轰击对Co-Cu合金薄膜结构和磁各向异性影响

从0到接近90°改变离子束入射角度,用离子束辅助沉积制备了Co-Cu合金薄膜.当离子束入射角度为45°时,获得了强织构的面心立方相亚稳相.对于入射角15°到60°的样品,垂直于离子束入射平面的方向易磁化.斜离子束在制备过程中起到了混合效应和沟道效应的作用.     

TiN/AlN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究

采用一种新型的离子束辅助非平衡反应磁控溅射设备制备了TiN/AlN纳米多层复合膜.采用XRD衍射、TEM、显微硬度计和干涉显微镜对TiN/AlN纳米多层膜的微结构和力学性能进行了表征.结果表明TiN/AlN多层膜有良好的周期;调制结构影响薄膜的择优取向,薄膜整体表现出硬度增强的效果,硬度随调制周期的变化而变化并在调制周期为7.5 nm时达到最大值.     

TiN／AIN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究

采用一种新型的离子束辅助非平衡反应磁控溅射设备制备了TiN／AlN纳米多层复合膜。采用XRD衍射、TEM、显微硬度计和干涉显微镜对TiN／AlN纳米多层膜的微结构和力学性能进行了表征。结果表明：TiN／AlN多层膜有良好的周期；调制结构影响薄膜的择优取向，薄膜整体表现出硬度增强的效果，硬度随调制周期的变化而变化并在调制周期为7、5nm时达到最大值。     

无机材料超光滑表面的制备

随着光学、微电子、航天和激光技术的发展，在晶体或玻璃等无机材料上制备亚纳米级的超光滑无损伤表面已成为现代精密加工技术领域的重点研究课题。近年来，此项技术研究进展声速，不仅改进了传统的抛光技术，还出现了浮法抛光、离子束加工和弹性发射加工等新技术。系统介绍了超光滑表面的检测、制备技术及其发展，并讨论了抛光过程中的机械化学作用机理。     

高温激光共聚焦动态观察用无腐蚀试样的制备

采用传统金相试样制备方法制备出的试样在高温激光共聚焦显微镜中观察时,由于相界面的腐蚀不均匀,图像会出现局部发黑情况.以GCr15钢为例,采用一种新方法制备出了适合用高温激光共聚焦显微镜观察的金相试样.结果表明:GCr15钢经3μm抛光液抛光20 min+1μm抛光液抛光20 min+50％(质量分数)硅溶胶抛光20 m...