微纳柔性制造与印刷电子材料

微纳加工技术主要应用在光电子和IC领域,随着国际新一轮印刷电子技术的发展,电路线宽越来越细,对印刷电子材料与应用技术提出更高要求,传统印刷术很难实现数微米以下精密电路。针对国际行业研究现状、工艺及最新进展,详细阐述微纳柔性制造技术的原理与特点。基于微纳图形化激光直写光刻技术、卷对卷纳米压印技术及其配套(微纳填充、转印和软压印)技术,以大尺寸透明导电材料的研发为例,微纳柔性制造在106.68 cm幅面上使印刷电路的线宽达到1.5μm。微纳柔性制造方法属于"加法"制造。展望了柔性制造在印刷电子材料产业发展中的前景和需求,指出微纳柔性制造与印刷材料的结合,有可能成为新一轮大尺寸柔性显示与触控、传感器件等产业发展的有力工具和推动性力量。     

无机-有机复合组织器官工程材料的微纳制造

无机-有机复合组织器官工程支架的微纳制造是近年来兴起的生物材料研究领域,相对传统的生物材料与组织工程材料制造技术,微纳制造整合了微纳米技术、计算机辅助设计、数字化制造等先进技术手段,为新型生物医用材料的开发以及生物材料制造新技术、新设备的研发提供了新的技术路线.综述了生物医用材料、特别是组织器官工程与组织修复材料微纳制造技术现状及发展趋势,主要内容包括生物材料的微纳米化及实现途径、组织器官工程支架材料的数字化设计、组织器官工程支架材料的数字化制造新技术等,对我国组织器官工程(修复)材料数字化微纳制造新技术的优先发展领域提出了展望.     

激光纹理化调控材料表面疏水性能研究进展

超疏水表面由于具有减阻、抗污、防水等独特性能,广泛应用于日常生活、军事、工业等场景,材料表面的微纳结构及化学成分对其超疏水性能有着重要影响。激光纹理化技术由于具有加工分辨率高、加工方式灵活、可加工材料多等优势,可用于制备疏水性能精确可控的表面微纳结构,在制造超疏水表面方面有着广阔的应用前景。首先,介绍了激光纹理化的作用机理,综述了常用的激光纹理化方式,如激光直接写入法、激光干涉图案化法及激光诱导周期性结构法等,并介绍了激光参数对微纳结构的影响。根据表面微纳结构的形貌、周期及尺寸特点对激光纹理化制备的表面分层微纳结构进行了总结归纳,包括覆盖随机纳米结构或激光诱导周期性结构的微沟槽、微网格、微柱及微峰,重点介绍了分层微纳结构的制备方式及微纳结构对疏水性的影响。总结了提高分层微纳结构表面疏水性的后处理方式,包括环境老化、表面化学改性及热处理等,并介绍了后处理方式调控疏水性的作用机理。最后,对采用激光纹理化技术制备超疏水表面的应用前景进行了展望。     

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。     

仿生超滑表面的飞秒激光微纳制造及应用

仿猪笼草的超滑表面由于可以抵抗多种液体的粘附,具有优异的稳定性与自修复性,受到越来越广泛的关注.而飞秒激光由于其对加工材料的普适性、高精度,以及高可控性,成为仿生超滑表面制备的有力手段.本文以仿猪笼草的超滑表面为背景,以飞秒激光微加工技术为手段.从超滑表面的飞秒激光微纳制备和应用两个方面,概述了超滑表面的微纳制造和应用...     

飞秒激光双光子聚合三维微纳结构加工技术

飞秒激光双光子聚合微纳加工技术作为重要的三维微纳结构制备手段，已成为国际前沿研究热点。该技术利用激光与物质相互作用的双光子非线性吸收效应和阈值效应，可以突破经典光学理论衍射极限，实现纳米尺度的激光加工分辨力，在三维功能性微纳器件制备领域正在发挥着十分重要的作用。本文在介绍飞秒激光双光子聚合三维微纳加工技术的光物理和光化学过程基本原理的基础上，重点回顾人们在改善加工线宽及分辨力、提高加工效率等方面的研究进展与发展概况。该技术所制备的各种微光学器件、集成光学器件、微机电系统以及生物医学器件，不仅充分展示了飞秒激光双光子聚合三维微纳加工技术的高空间分辨力和真三维加工特点，也为其在相关前沿领域的应用提供具有启发性的思路。最后，对该技术实现高精度、高效率、低成本、大面积、多功能的三维微纳结构加工所存在的挑战和未来发展方向，进行了讨论和展望。     

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。     

纳滤水处理应用研究现状与发展前景

纳滤技术作为一种新型的膜分离技术,近年来得到国内外专家学者的广泛关注和深入研究.结合课题组在纳滤水处理领域的研究进展,综述了纳滤膜技术在工业水处理、饮用水净化、医药废水、垃圾渗滤液处理、淋浴水回用、特种水处理及海水淡化等方面的研究现状,并展望了纳滤膜技术的发展前景.     

我国科学家在三维纳米结构的可控加工方面取得重要进展

<正>三维微/纳结构具有更大空间自由度、更丰富和更新奇的功能特性,在力学、生物医学、微电子及微纳光子学等领域展示出巨大优势和应用前景。然而,目前主流的微/纳米制造技术是基于平面工艺,不能直接用于三维微/纳米结构的加工。近年来,三维加工方法和技术已有较大的进展和突破,如多层叠加、激光三维     

太阳能蒸馏式海水淡化技术的研究现状与展望

介绍在海水淡化中应用太阳能技术的背景、原理以及太阳能海水淡化技术的特点,综述太阳能蒸馏装置应用在海水淡化中的研究进展,总结太阳能海水淡化重要的经济和战略意义,指出传统太阳能蒸馏器单位面积产量过低的主要原因是蒸汽的凝结潜热未被重新利用,自然对流的换热模式限制热性能以及太阳能蒸馏器中待蒸发海水热容量太大,限制运行温度提高,并对太阳能海水淡化的前景进行了展望。     

可控碳化废弃聚丙烯制备镍/碳纳米材料用于高效光蒸气转换

利用太阳能实现光蒸气转化是一项极具前景的技术,可应用于海水脱盐和淡水制备等领域.然而,从工业的角度来看,制备低成本、高效率的光热材料仍具有挑战性.本文利用聚离子液体(PIL)和氧化镍(Ni O)作为复合催化剂,实现了聚丙烯(PP)的可控碳化,并制备了镍/碳纳米材料(Ni/CNM).研究结果表明,加入微量的PIL可实现对Ni/CNM形貌和织态结构的调控.Ni/CNM由杯状碳纳米管(CS-CNT)和梨形镍纳米颗粒组成,二者在太阳光吸收上的协同作用使得Ni/CNM具有优异的光热转换性能.此外,Ni/CNM具有较高的比表面积和丰富的微/介/大孔,其构建的三维多孔网络可为水和蒸气的高效传输提供通道.光吸收高、水传输快和热导率低等优势,使Ni/CNM的水蒸发速率高达1.67 kg m^-2h^-1,光-蒸气转换效率高达94.9%,且重复使用10次后性能依然保持稳定.该材料同时适用于染料废水、海水和油/水乳化液等水质的纯化.其中,海水中金属离子的去除效率高达99.99%,染料去除率>99.9%.更重要的是,材料的光蒸气转换性能优于最新报道的碳基光热材料.此工作不仅提出了一种可将废弃聚合物转化为先进的金属/碳杂化物的可持续方法,同时也有助于太阳能利用和海水淡化领域的进一步研究.     

基于全光谱太阳光利用的光热转换材料研究进展

利用光热转换材料有效提高全光谱太阳光的利用及转换率,是目前国内外学者广泛关注的研究领域。本文综述了近年来主要研究的基于全光谱太阳光利用的光热转换材料类型及研究进展,分析了光热转换材料提高太阳光水蒸气产生效率的应用方式,介绍了太阳光水蒸气产生系统的优化设计模型,强调了低热导率的基质材料在系统中起到的作用,最后展望了光热转换材料在海水淡化领域的应用前景,并指出光热转换物理机制的深入探索和材料的规模化制备将成为未来重要的研究内容。     

Engineering Metal–Phenolic Networks for Solar Desalination with Directional Salt Crystallization

Solar desalination is one of the most promising strategies to address the global freshwater shortage crisis. However, the residual salt accumulated on the top surface of solar evaporators severely reduces light absorption and steam evaporation efficiency, thus impeding the further industrialization of this technology. Herein, a metal–phenolic network (MPN)-engineered 3D evaporator composed of photothermal superhydrophilic/superhydrophobic sponges and side-twining hydrophilic threads for efficient desalination with directional salt crystallization and zero liquid discharge is reported. The MPN coatings afford the engineering of alternating photothermal superhydrophilic/superhydrophobic sponges with high heating efficiency and defined vapor escape channels, while the side-twining threads induce site-selective salt crystallization. The 3D evaporator exhibits a high and stable indoor desalination rate (≈2.3 kg m⁻² h⁻¹) of concentrated seawater (20 wt%) under simulated sun irradiation for over 21 days without the need for salt crystallization inhibitors. This direct desalination is also achieved in outdoor field operations with a production rate of clean water up to ≈1.82 kg m⁻² h⁻¹ from concentrated seawater (10 wt%). Together with the high affinity and multiple functions of MPNs, this work is expected to facilitate the rational design of solar desalination devices and boost the research translation of MPN materials in broader applications.     

激光直写制备金属与碳材料微纳结构与器件研究进展

激光直写技术作为一种新兴的低成本、高效、高精度的加工技术,可以适用于几乎任意自由度的二维或者三维微纳结构快速成型制备.这对光电子以及半导体微纳结构与器件的制备具有重大的意义.金属微纳结构在电子学和光子学中有着广泛的应用.本文综述了激光直写制备金属微纳结构相关研究进展.主要包括激光直写制备金、银、铜以及复合材料微纳结构与...     

海水淡化技术与太阳能利用

海水淡化是解决水源危机的根本措施，但海水淡化绝不能以牺牲能源为代价；现有的几种海水淡化技术各有优劣，应配套使用；河海大学和南京玻纤院等研制的太阳能加热装置，可以作为海水淡化装置中清洁、无污染的能源。     

Cellular Structured CNTs@SiO2 Nanofibrous Aerogels with Vertically Aligned Vessels for Salt-Resistant Solar Desalination

The emerging solar desalination technology is considered as one of the most promising strategies to ensure water security. However, with the proceeding of solar desalination, salt crystallization on the surface of solar evaporators caused by increasing salinity of seawater will result in a decrease in the evaporation rate. Thus, it is still challenging to fabricate solar evaporators with superior salt resistance. In this work, elastic ceramic-based nanofibrous aerogels with a cellular architecture are fabricated by the combination of electrospinning and fiber freeze-shaping technologies, which are composed of vertically aligned vessels and porous vessel walls. Under the action of convection and diffusion promoted by this unique cellular architecture, the aerogels exhibit a superior salt-resistance without any salt crystals on the surface of aerogels even in 20% brine and under 6-sun irradiation. Moreover, by virtue of the synergistic effect of the promising structure and light absorbance of carbon nanotubes, aerogels possess a high light absorbance of up to 98% and excellent evaporation performance achieving 1.50 kg m⁻² h⁻¹ under 1-sun irradiation. This work may provide a fascinating avenue for the desalination of seawater in a salt-resistance and efficient manner.     

A 3D‐Structured Sustainable Solar‐Driven Steam Generator Using Super‐Black Nylon Flocking Materials

Solar‐driven evaporation is a promising way of using abundant solar energy for desalinating polluted water or seawater, which addresses the challenge of global fresh water scarcity. Cost‐effectiveness and durability are key factors for practical solar‐driven evaporation technology. The present cutting‐edge techniques mostly rely on costly and complex fabricated nanomaterials, such as metallic nanoparticles, nanotubes, nanoporous hydrogels, graphene, and graphene derivatives. Herein, a black nylon fiber (BNF) flocking board with a vertically aligned array prepared via a convenient electrostatic flocking technique is reported, presenting an extremely high solar absorbance (99.6%), a water self‐supply capability, and a unique salt self‐dissolution capability for seawater desalination. Through a carefully designed 3D structure, a plug‐in‐type BNF flocking board steam generator realizes a high evaporation rate of 2.09 kg m^?2 h^?1 under 1 kW m^?2 solar illumination, well beyond its corresponding upper limit of 1.50 kg m^?2 h^?1 (assuming 100% solar energy is being used for evaporation latent heat). With the advantages of high‐efficiency fabrication, cost‐effectiveness, high evaporation rate, and high endurance in seawater desalination, this 3D design provides a new strategy to build up an economic, sustainable, and rapid solar‐driven steam generation system.     

特种能场辅助微塑性成形技术研究及应用

特种能场辅助微塑性成形技术是利用声、光、电、磁等特殊能量源对微型零件变形过程进行调控的先进制造技术。特种能场已被证明在宏观尺度下对于降低零件加工难度、提高尺寸精度、改善材料微观组织、提升构件力学性能、提高表面质量等存在促进作用。然而,在微塑性成形过程中,材料的变形特性在尺寸效应的影响下与宏观情况存在一定差异。梳理了特种能场辅助微塑性成形技术的研究进展,总结了微型零件在特种能场辅助下的成形特点。其中,着重综述了超声场辅助微成形中体积效应和表面效应的宏观表现及微观机理,展示了多种微成形工艺中超声场对微型零件成形质量的提升效果。同时,重点概述了电场辅助微成形时材料力学性能及微观组织演变规律,剖析了电致塑性效应产生的本质原因。此外,列举了激光、电磁、高压流体等其他特种场辅助微成形的原理及作用效果。最后,对特种能场辅助微成形的发展趋势进行了展望。     

Opportunities in nanometer sized Si wires for PV applications

Quantum-confined silicon material has been a very active field of research in the years 1990–2000 with the rapid development of opto-electronics. The main application targeted by this research was a light-emitting device (either LED, or laser). In the years 2000–2010, with the emerging need for efficient and cheap photovoltaic devices, new materials, and in particular new silicon-based materials trigger again a special interest. In particular, all-crystalline-Si tandem solar cells where the high-bandgap material is provided by the 2D confinement of excitons in nm-sized nanowires could provide the high-efficiency potential of a tandem device, while taking benefit of the decade-long buildup of knowhow of crystalline silicon material technology (both science and processing). In a first part of this review, we summarize the features described in the relevant literature for the functioning of a photovoltaic device based on Si NWs. This literature shows that from the conceptual point of view such an all-crystalline-Si-tandem solar cell using quantum confined nanowires should be feasible to produce in order to achieve the goal of inexpensive high efficiency (>30%) Si-based solar cells. Keeping the fabrication of efficient photovoltaic devices as driving theme, we review the dense literature of Si nanowires. The literature on the fabrication of nanometer-sized Si nanowires is reviewed in the second part.