微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

“973”、“863”等科研項(xiàng)目的牽引下，團(tuán)隊(duì)的科研工作有了顯著進(jìn)展。

高速集成光電子器件研究取得重大進(jìn)展

在前期工作的基礎(chǔ)上，開展了集成光源管芯端面抗反鍍膜工藝的優(yōu)化。利用雙頻PECVD沉積方案實(shí)現(xiàn)了MPa量級(jí)的低應(yīng)力SiNx薄膜的沉積，并研究了影響鍍膜應(yīng)力的關(guān)鍵因素，從而提高了鍍膜厚度和應(yīng)力的可重復(fù)性和一致性。通過優(yōu)化端面抗反鍍膜，有效地抑止了集成光源高頻調(diào)制響應(yīng)中因端面光反饋引起的異常起伏，為實(shí)現(xiàn)40 Gb/s大信號(hào)調(diào)制工作奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，開展了高速集成光源模塊封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，初步確定了封裝的基本形式。重點(diǎn)對(duì)同軸―共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及低損耗共面波導(dǎo)傳輸線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究了封裝對(duì)高頻調(diào)制響應(yīng)的影響，特別是對(duì)平板波導(dǎo)模式引起的諧振峰的抑制。在此基礎(chǔ)上，成功地制作出應(yīng)用于40 Gb/s高速光纖系統(tǒng)的DFB+EA單片集成光源模塊原型器件，并對(duì)其大信號(hào)調(diào)制特性進(jìn)行了測(cè)試，獲得了張開度良好的眼圖。這是國內(nèi)首次制作成功40 Gb/s集成光源模塊，標(biāo)志著我國高速集成光電子器件的研究水平上了一個(gè)新臺(tái)階。

面向量子信息技術(shù)的微納光電子器件的研制

作為切入點(diǎn)，研究了可用于量子保密通信和線性光學(xué)量子計(jì)算的單光子光源，包括器件的設(shè)計(jì)和特性模擬以及制作工藝。提出了一種新的微腔結(jié)構(gòu)，即由點(diǎn)缺陷二維平板光子晶體作為微腔的主體，微腔下面加入DBR反射器以提高光子出射效率。研究了該結(jié)構(gòu)的單光子發(fā)射效率、發(fā)射光子的偏振特性和不可區(qū)分度，分析了改進(jìn)單光子特性的思路。此外，還提出了一種可適用于各種特性襯底的納米小球自組織方法來制作二維光子晶體結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，申請(qǐng)并獲得國家“973”計(jì)劃子課題“微納結(jié)構(gòu)新型光電子集成器件及模式耦合研究”的資助，為該領(lǐng)域的深入研究提供了保證。

功率型GaN基藍(lán)光LED的制作和應(yīng)用技術(shù)取得多項(xiàng)突破性進(jìn)展

提出了載流子輸運(yùn)和復(fù)合的物理機(jī)制，設(shè)計(jì)出新型的LED外延材料結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化了器件制備工藝。提出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的倒裝焊功率型GaN基LED的制作工藝，包括高質(zhì)量III－V族氮化物材料的金屬有機(jī)化合物氣相外延生長，低熱阻、高效率的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制作技術(shù)，獲得器件的性能為國內(nèi)最好水平之一。同時(shí)，功率型GaN基LED的封裝和系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)取得重大突破?；诜浅上窆鈱W(xué)，設(shè)計(jì)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LED光學(xué)系統(tǒng)，開發(fā)了實(shí)用化的具有矩形照度分布的新型高效LED路燈。在保持較好的照明均勻度和穩(wěn)定平均照度的情形下，新型LED路燈不僅具有壽命長、照度分布均勻、顯色性較好的優(yōu)點(diǎn)，而且在實(shí)際耗電功率上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該研究目前得到國家“十一五”“863”計(jì)劃半導(dǎo)體照明工程重大項(xiàng)目課題“高效率GaN外延材料制備”的支持。

微納光電子集成器件技術(shù)取得創(chuàng)新性進(jìn)展

已經(jīng)建立起了較完善的光子晶體的理論分析方法和模擬設(shè)計(jì)平臺(tái)，在光子晶體帶隙限制波導(dǎo)的研究中取得了重要進(jìn)展，成功制作出帶有空氣橋結(jié)構(gòu)的二維光子晶體帶隙限制光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。提出了金屬長程SPP波導(dǎo)與普通介質(zhì)波導(dǎo)之間的耦合機(jī)理，獲得了很好的理論模擬結(jié)果，開發(fā)了制備均勻高質(zhì)量納米金屬薄膜的工藝條件，并采用端面光纖激勵(lì)方法，成功激勵(lì)起了長程SPP模式。在關(guān)于表面等離子Purcell效應(yīng)的研究中，創(chuàng)新性地提出通過在金屬內(nèi)摻入其他介質(zhì)材料，可有效地降低復(fù)合材料（即金屬陶瓷）的等效等離子體頻率和高頻介電常數(shù)，使得在納米硅基發(fā)光材料的中心發(fā)光波長處，亦能獲得極大的自發(fā)輻射增強(qiáng)。

第2篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）制造的顯示器可以更大、更薄、更節(jié)能，與柔性基板結(jié)合，顯示屏可以折疊和展開，甚至可以集成到衣服上。

隨著納米光子學(xué)的發(fā)展，光刻技術(shù)讓芯片體積更小、功能更大。將納米光源、光子回路和電子電路無縫集成，將極大地增強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸和處理能力。未來10年，網(wǎng)絡(luò)流量還會(huì)增加百倍，高質(zhì)量的視頻聊天將不再有距離感。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也許采用光誘導(dǎo)熱輔助磁記錄技術(shù)，存儲(chǔ)密度更高。

光伏發(fā)電和光伏電池成本降低，會(huì)在更大范圍內(nèi)提供更加廉價(jià)的清潔能源，甚至汽車和小型飛機(jī)也可以靠光伏動(dòng)力行駛和飛行。如果激光慣性約束核聚變點(diǎn)火成功，我們就可以人造“小太陽”，一定程度上解決人類面臨的能源危機(jī)。

固態(tài)照明技術(shù)綠色環(huán)保，日趨廉價(jià)。高效發(fā)光二極管和“21世紀(jì)燈泡”將會(huì)廣泛使用，傳統(tǒng)的燈泡恐怕要到博物館才能看到。

飛秒激光高精度微加工技術(shù)已用于半導(dǎo)體、金屬等復(fù)合材料的加工，未來在航空航天領(lǐng)域的大型數(shù)字化加工和新型紅外隱身微納材料加工中必將大有作為。

先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)步，將擴(kuò)大高精度非球面透鏡的應(yīng)用范圍，改善光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光刻和天文觀察系統(tǒng)的性能。

光學(xué)傳感器等傳感系統(tǒng)將成為在情報(bào)、監(jiān)視和偵察領(lǐng)域爭奪主導(dǎo)地位的下一個(gè)“戰(zhàn)場(chǎng)”，高性能激光武器將引發(fā)新一輪軍事革命，合成孔徑激光雷達(dá)將大顯神通。集成光電子電路蓄勢(shì)待發(fā)，將會(huì)為光學(xué)系統(tǒng)帶來史無前例的能力提升，光子比電子更抗電磁干擾，更有利于國防應(yīng)用。

光帶給我們生命，光帶給世界美麗。人類在追問光的本性過程中，發(fā)展了光基技術(shù)，提高了我們的生活質(zhì)量，改變了我們的生活方式。人類認(rèn)識(shí)世界的每一次飛躍都不開光學(xué)的進(jìn)步。人類從認(rèn)識(shí)光，到利用光，再到駕馭光，這一過程推動(dòng)著人類文明向前發(fā)展。

縱觀人類文明發(fā)展史，科學(xué)技術(shù)的每一次飛躍都得益于更精密、更靈敏的測(cè)量方法的涌現(xiàn)，而光和光基技術(shù)在時(shí)間、空間、速度、頻譜、強(qiáng)度等多個(gè)方面提供了前所未有的極端條件，勢(shì)必在信息、能源、健康、先進(jìn)制造、國家安全、文化生活等重要領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。也許在不久的未來，我們就會(huì)體驗(yàn)到以下的技術(shù)革新。

21世紀(jì)，人們的醫(yī)療理念從治病為主轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防為主，疾病的早期診斷尤為重要。新型光源和材料、成像設(shè)備、微流體技術(shù)和檢測(cè)方法將顯著提高生物醫(yī)學(xué)光學(xué)儀器的速度、靈敏度和精確度，造福人類。

單鏈DNA合成過程中的單分子熒光檢測(cè)可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成30億個(gè)堿基對(duì)的測(cè)序，幫助識(shí)別遺傳編碼中的疾病傾向，從而在發(fā)生嚴(yán)重病變前就采取預(yù)防措施。

將高分辨定量熒光顯微鏡和微流控技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，采用激光掃描高速分析血清中的特異性蛋白，研究與減緩腫瘤生長藥物的相互作用，有可能極大地加快藥物研發(fā)過程并降低成本。

通過雙光子成像探測(cè)單個(gè)神經(jīng)元或神經(jīng)元組，神經(jīng)科學(xué)家可以激活或停用特定的神經(jīng)回路，觀察整個(gè)神經(jīng)回路對(duì)其的響應(yīng)，從而重建復(fù)雜大腦的神經(jīng)回路。

激光3D打印技術(shù)將大行其道，將來有可能打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)甚至人體器官。

全球定位系統(tǒng)GPS目前幾乎應(yīng)用于每一部手機(jī)中，其定位精度取決于工作在微波頻率的原子鐘計(jì)時(shí)精度。銫原子鐘的精確度達(dá)到2000萬年不差1秒，定位精度將達(dá)到厘米量級(jí)。如果采用工作在光頻的“光鐘”，計(jì)時(shí)和定位精度又會(huì)提升超百倍。

第3篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

“我們的技術(shù)能夠在大至硅片的區(qū)域上快速產(chǎn)生不可思議的納米顆粒裝配，”徐這樣說道，她同時(shí)也任職于美國加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程學(xué)院和化學(xué)學(xué)院?！澳憧梢詫⑺胂蟪梢粋€(gè)薄煎餅的面糊，可以在平底煎鍋上攤開，一分鐘后就可以享用新鮮出爐的煎餅了?！?/p>

納米粒子就像具有獨(dú)特光學(xué)、電子學(xué)和機(jī)械特性的人造原子。如果能夠誘發(fā)納米粒子進(jìn)行自我裝配以形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)和分層級(jí)的樣式，類似于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，那么它將實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)比現(xiàn)代微型工藝學(xué)使用的小一千倍的設(shè)備。

徐和她的研究小組正在朝這個(gè)終極目標(biāo)穩(wěn)定的前進(jìn)。近期他們的研究重心在于使用基于嵌段共聚物的超分子溶劑引導(dǎo)納米粒子陣列的自我裝配。超分子是作為單一分子執(zhí)行特定功能集的分子群組。嵌段共聚物是非常長的序列，或者一種束縛在另一種類型單元結(jié)構(gòu)上的單元結(jié)構(gòu)，它具有在肉眼可見的距離范圍內(nèi)自我裝配成界限清楚、納米大小的結(jié)構(gòu)陣列的內(nèi)在能力。

“基于嵌段共聚物的超分子能夠自我裝配并形成大范圍的具有微疇特征的形態(tài)學(xué)，一般為幾納米至幾十納米?！毙煺f道?！翱紤]到它們的大小可以與納米粒子相比擬，超分子的微疇提供了納米粒子陣列自我裝配的理想結(jié)構(gòu)框架。”

在由徐和同事修改后的超分子技術(shù)里，金納米粒子陣列成為超分子溶劑的一部分，以形成大約200納米厚的薄膜。通過溶劑退火并利用三氯甲烷作為溶劑，納米粒子陣列可以形成三維的圓柱體微疇，后者被塞入與表面平行的扭曲六方晶格內(nèi)。納米粒子自我裝配的這種分層級(jí)結(jié)構(gòu)控制的陳列讓人印象深刻，但它也僅僅是這項(xiàng)最新技術(shù)的一部分。

“為了與納米加工過程相兼容，自我裝配的制造過程必須在幾分鐘內(nèi)完成以最小化因暴露在加工環(huán)境里而導(dǎo)致的納米粒子特性的退化?！毙煺f道。她和她的研究小組系統(tǒng)的分析了超分子納米復(fù)合材料薄膜暴露在溶劑蒸汽里自我裝配的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。他們發(fā)現(xiàn)通過最優(yōu)化單個(gè)參數(shù)，也即溶劑的量，裝配動(dòng)力學(xué)可以精確的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生分層級(jí)結(jié)構(gòu)的薄膜。

“為了利用非共價(jià)鍵連接在聚合物側(cè)鏈的小分子來建造基于嵌段共聚物的超分子，我們改變了能量全景圖使得溶劑含量成為最重要的因素，”徐說道。“這使得我們能夠利用少量的溶劑來實(shí)現(xiàn)納米粒子陣列的快速定序。”

第4篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

2016年12月22日3時(shí)22分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡稱“碳衛(wèi)星”）發(fā)射升空。該衛(wèi)星的成功研制和后續(xù)在軌穩(wěn)定運(yùn)行，將使我國初步形成針對(duì)重點(diǎn)地區(qū)乃至全球的大氣二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)能力，對(duì)充分了解全球碳循環(huán)過程及其對(duì)全球氣候變化的影響，提升我國在國際氣候變化方面的話語權(quán)具有重要意義。

本次發(fā)射的碳衛(wèi)星作為我國首顆用于監(jiān)測(cè)全球大氣二氧化碳含量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，圍繞全球氣候變化這一當(dāng)今國際社會(huì)普遍關(guān)心的全球性重大問題，以大氣二氧化碳遙感監(jiān)測(cè)為切入點(diǎn)，利用高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測(cè)儀等探測(cè)設(shè)備，通過地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗(yàn)證系統(tǒng)，定期@取全球二氧化碳分布圖，大氣二氧化碳反演精度將優(yōu)于4ppm，使我國在大氣二氧化碳監(jiān)測(cè)方面躋身國際前列。此前，全球已有兩顆二氧化碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星：日本在2009年發(fā)射的“呼吸”號(hào)（GOSAT）溫室氣體觀測(cè)衛(wèi)星，美國在2014年發(fā)射的“軌道碳觀測(cè)者2號(hào)”衛(wèi)星（OCO-2）。

碳衛(wèi)星是國家科技部為應(yīng)對(duì)全球氣候變化、提升我國全球二氧化碳監(jiān)測(cè)能力部署的一項(xiàng)重大任務(wù)。通過863計(jì)劃地球觀測(cè)與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項(xiàng)目立項(xiàng)實(shí)施。由中科院國家空間科學(xué)中心負(fù)責(zé)工程總體；中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負(fù)責(zé)衛(wèi)星系統(tǒng)，中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研制有效載荷；中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心負(fù)責(zé)地面數(shù)據(jù)接收處理與二氧化碳反演驗(yàn)證系統(tǒng)的研制、建設(shè)和運(yùn)行。

中國科學(xué)技術(shù)部國家遙感中心總工程師李加洪說：“碳衛(wèi)星不僅填補(bǔ)了中國在該領(lǐng)域的空白，而且整體水平高于‘呼吸’號(hào)。它對(duì)全球大氣中二氧化碳濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，給出全球碳分布數(shù)據(jù)，不僅體現(xiàn)了中國應(yīng)對(duì)全球氣候變化采取的行動(dòng)，也展現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國的擔(dān)當(dāng)?！?/p>

負(fù)責(zé)本次發(fā)射任務(wù)的二號(hào)丁運(yùn)載火箭由中國航天科技集團(tuán)公司上海航天技術(shù)研究院研制。此外，本次發(fā)射還搭載發(fā)射中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院自主安排研制的1顆高分辨率微納衛(wèi)星和2顆高光譜微納衛(wèi)星，有效載荷由中科院光電研究院研制。這是系列運(yùn)載火箭的第243次飛行。

第5篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

微模具是微注塑成型的核心，其機(jī)械精度直接決定了注塑件的質(zhì)量，而微模具的成本和壽命則是影響大批量注塑生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，微注塑過程的模溫控制、排氣控制、塑件頂出等設(shè)計(jì)也與微模具結(jié)構(gòu)密不可分。

聚合物微成型技術(shù)是采用模塑成型方法高效率、高精度、低成本、批量生產(chǎn)聚合物微制品的成型技術(shù)，主要包括微注射成型技術(shù)、微熱壓成型技術(shù)和微擠出成型技術(shù)等。目前，對(duì)于聚合物微成型尚未形成統(tǒng)一的定義和分類，主要通過其成型的微制品進(jìn)行定義和分類。廣義上講，聚合物微制品包括以下3種類型：

（1）制品體積或質(zhì)量微小，整體尺寸小于 1mm，如微機(jī)械系統(tǒng)中使用的微齒輪、微透鏡、微螺栓螺母等。

（2）制品整體尺寸在毫米和厘米量級(jí)，但表面具有微細(xì)特征結(jié)構(gòu)，如光學(xué)、生化醫(yī)療領(lǐng)域使用的導(dǎo)光板、微光柵、微流控芯片、介入導(dǎo)管等。

（3）制品整體尺寸和特征尺寸均無限制，但局部尺寸精度在微米量級(jí)，如聚合物高精度非球面鏡片等。微成型模具是成型上述微制品的重要裝備，其設(shè)計(jì)的合理性和加工質(zhì)量直接決定了微制品的成型質(zhì)量。

聚合物微成型模具的型腔或流道尺寸跨越宏―微觀尺度范圍，受到尺度效應(yīng)的影響，成型過程中熔體的流動(dòng)、傳熱都與宏觀尺度下不同；對(duì)模具型腔的通氣、排氣、微小制品的脫模取件等有特殊要求，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)理論和方法在微成型模具設(shè)計(jì)中不再完全適用，因此微成型模具的設(shè)計(jì)已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

微注塑成型模具的特點(diǎn)：近年來，關(guān)于微注塑模具制造技術(shù)的研究受到廣泛關(guān)注。一般認(rèn)為微模具應(yīng)符合以下特征：其應(yīng)用對(duì)象的整體尺寸或局部尺寸小于1mm；微模具微細(xì)尺寸從幾微米到幾百微米；微模具表面粗糙度值在0.1μm以下。隨著微加工和精密加工的發(fā)展，微模具的概念也不斷向前演變。目前，采用LIGA制造的微注塑模具已可用來生產(chǎn)質(zhì)量小于1mg或者局部結(jié)構(gòu)化面積只有幾平方微米的極微小型注塑制品。

微注塑成型模具制造技術(shù)：

1、微注塑成型模具組成。微注塑模具由模架部分和型芯組成，二者可以制作為一體，也可以分別加工，然后通過螺紋或過盈配合連接，稱為鑲塊式微模具。后者更有利于拆卸更換和零部件的重復(fù)利用，同時(shí)也能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于鑲塊式微模具，其模架材料多選擇優(yōu)質(zhì)模具鋼，可以根據(jù)注塑機(jī)尺寸選定標(biāo)準(zhǔn)模架再加工，在模架上通常設(shè)置有熱流道、澆口、冷水道、真空排氣槽、頂出塑件機(jī)構(gòu)等。模架上不含要復(fù)制的微細(xì)結(jié)構(gòu)，采用機(jī)械加工方法就能滿足一般精度要求。鑲塊式微模具中，用于復(fù)制的微結(jié)構(gòu)部分鑲嵌在模架中，稱為型芯，有些文獻(xiàn)也稱之為鑲塊。微注塑工藝要求型芯尺寸精度高、耐高溫、耐沖擊、耐疲勞、并且能與模架機(jī)構(gòu)和特征位置相配合。根據(jù)型芯所用材料可以將微注塑型芯分為金屬微型芯和非金屬微型芯。

2、金屬材料微型芯加工。通?？紤]熱膨脹系數(shù)小、彈性系數(shù)大的材料作為制作微注塑型芯或整體模具材料。在微注塑起步階段，人們多選擇耐熱和耐沖擊的金屬材料制作整體模具或模具型芯，如鋼、鋁合金、鎳、鈹銅合金等。適用于這些材料的加工方法可分為去除材料成型和堆積材料成型。

微成型模具的精密制造是成型高質(zhì)量聚合物微制品的技術(shù)保證。傳統(tǒng)加工方法可以實(shí)現(xiàn)微成型模具部分零部件的加工，但難以加工具有微細(xì)三維結(jié)構(gòu)的成型零件，而微細(xì)加工技術(shù)為微成型模具微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工提供了條件。微細(xì)加工技術(shù)是指制造微小尺寸制品或結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)加工技術(shù)，可以分為以下3種類型：3種類型：（1）在傳統(tǒng)加工方法上發(fā)展起來的微機(jī)械加工技術(shù)，如微車削、微銑削、微磨削技術(shù)等。（2）在特種加工方法上發(fā)展起來的微細(xì)特種加工技術(shù)，如微細(xì)電火花加工、微細(xì)電化學(xué)加工、微細(xì)高能束加工、微細(xì)電鑄加工、水射流微細(xì)切割技術(shù)等。（3）基于LIGA的加工技術(shù)如LIGA、UV-LIGA、電子束 LIGA 和激光 LIGA 技術(shù)等。微細(xì)加工技術(shù)的選擇主要取決于加工尺寸、表面質(zhì)量、深寬比和經(jīng)濟(jì)條件等。微成型模具存在跨尺度的幾何尺寸，局部特征尺寸微小，幾何精度和裝配精度要求極高，因此制造微成型模具關(guān)鍵零部件可能需要結(jié)合多種微細(xì)加工技術(shù)。

微注射成型模具制造技術(shù)：微型腔是微注射成型模具的核心零件，其結(jié)構(gòu)尺寸及精度在微米級(jí)，表面精度要求較高，微型腔的加工質(zhì)量直接影響制品的成型質(zhì)量，是微注射模制造的難點(diǎn)。對(duì)于微型腔的加工目前主要采用微機(jī)械加工技術(shù)、微細(xì)特種加工技術(shù)和基于 LIGA 的加工技術(shù)。

從微注塑成型模具角度綜述了微注塑成型模具設(shè)計(jì)和制造幾種策略和具體方法，對(duì)目前的微模具組成、微型芯加工方法及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)，對(duì)微模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析。其結(jié)論如下：

1）微注塑模具與常規(guī)注塑模具主要差異在于加工方法、控溫方法、真空排氣、脫模方式等方面，采用鑲塊式微模具組合形式，有利于拆卸更換和零部件的重復(fù)利用，同時(shí)也能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢(shì)。微注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求與常規(guī)注塑模具有諸多不同，重點(diǎn)集中在模溫快速變換、抽真空輔助排氣和微塑件脫模等幾個(gè)方面。

第6篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

龍崗地區(qū)須六段主要斷裂成因及裂縫預(yù)測(cè)

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庫車坳陷大北地區(qū)白堊系裂縫及產(chǎn)能特征

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吳倉堡油田長9油藏特征及開發(fā)對(duì)策

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川中侏羅系涼高山組油藏儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

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地震反演技術(shù)在西秋區(qū)塊的應(yīng)用

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基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的人工蜂群算法在地層巖性識(shí)別中的應(yīng)用

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埋地燃?xì)夤艿罓奚枠O陰極保護(hù)法的改進(jìn)

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強(qiáng)水敏砂巖油藏水驅(qū)油相對(duì)滲透率曲線異常分析

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基于啟發(fā)式搜索的主題策略研究

基于云計(jì)算的電子商務(wù)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

基于熵權(quán)和AHP的工程造價(jià)編制服務(wù)質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)

彈簧等效質(zhì)量系數(shù)的不確定度研究

熱松弛時(shí)間對(duì)雙曲型熱傳導(dǎo)方程的影響

一道微分方程題的新解法

相關(guān)回歸分析法在水文數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

第7篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

0～10

9L之間調(diào)控點(diǎn)樣體積。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合三維精密位移控制技術(shù)，研制了一種基于壓電振蕩原理的微陣列生物芯片點(diǎn)樣系統(tǒng)。對(duì)點(diǎn)樣系統(tǒng)的點(diǎn)樣體積、點(diǎn)樣密度、點(diǎn)樣精度等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，此點(diǎn)樣系統(tǒng)的最小點(diǎn)樣體積可達(dá)320pL，點(diǎn)樣密度可達(dá)4000點(diǎn)/cm2，并能夠?qū)崿F(xiàn)界面圖案化制備。

關(guān)鍵詞壓電振蕩；微陣列點(diǎn)樣儀；玻璃毛細(xì)管點(diǎn)樣針；圖案化制備

1引言

微陣列生物芯片技術(shù)是將生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)、微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)高度結(jié)合形成的一項(xiàng)交叉技術(shù)。它成功地實(shí)現(xiàn)了生物信息的大規(guī)模集成以及生物實(shí)驗(yàn)從串行過程向并行過程的轉(zhuǎn)變，大大加快了生命科學(xué)研究的過程。微陣列生物芯片技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生物組學(xué)研究、臨床診斷、藥物篩選、微生物檢測(cè)等領(lǐng)域[1～5]。合成后點(diǎn)樣是制備微陣列生物芯片的主要方法，即將預(yù)先合成的核酸片段、多肽分子等生物樣品按照一定順序固定于基片上，形成要求的陣列，然后將待測(cè)的生物樣品與標(biāo)記的已知生物樣品進(jìn)行雜交反應(yīng)。按照點(diǎn)樣針是否與芯片基底接觸將微陣列生物芯片的點(diǎn)樣方式分為接觸式（Contact）和非接觸式（Noncontact）兩種。接觸式點(diǎn)樣方式的點(diǎn)樣針尖端的液體與芯片基底直接接觸，通過毛細(xì)作用形成陣列點(diǎn)。接觸式點(diǎn)樣能夠獲得高密度點(diǎn)陣，且c樣量?。ㄍǔ閜L級(jí)），但定量分析準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性較差，且因存在交叉污染而不能重復(fù)點(diǎn)樣[6～9]。非接觸式點(diǎn)樣方式主要有兩種：一種是基于電磁微閥原理，通過注射泵和精密電磁閥協(xié)調(diào)工作實(shí)現(xiàn)非接觸式的定量點(diǎn)樣，此方式一般需要預(yù)增壓和預(yù)點(diǎn)樣過程，使點(diǎn)樣液滴體積達(dá)到穩(wěn)定，操作比較復(fù)雜，最小點(diǎn)樣量可以達(dá)到10

1L；另一種是基于壓電噴墨的點(diǎn)樣原理，通過壓電陶瓷的形變擠壓毛細(xì)管壁，使點(diǎn)樣針的尖端噴出微小液滴，最小點(diǎn)樣量可以達(dá)到10

1L，具有定量分析準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好等優(yōu)勢(shì)。但由于壓電驅(qū)動(dòng)元件和點(diǎn)樣針集成在一起，當(dāng)點(diǎn)樣針發(fā)生堵塞等問題時(shí)不易清洗，且點(diǎn)樣頭造價(jià)昂貴[10～13]。

針對(duì)目前非接觸點(diǎn)樣方式存在的不足，本研究采用了一種毛細(xì)管點(diǎn)樣針與壓電驅(qū)動(dòng)裝置分離的以壓電振蕩為驅(qū)動(dòng)力的非接觸式點(diǎn)樣方式，應(yīng)用于微陣列芯片制作。由于采用了分離設(shè)計(jì)，可以單獨(dú)對(duì)毛細(xì)管點(diǎn)樣針進(jìn)行更換和清洗，避免了壓電噴墨點(diǎn)樣頭容易堵塞的問題。此裝置通過改變壓電陶瓷的振幅和頻率，可在10

0～10

9L之間調(diào)控點(diǎn)樣體積，優(yōu)于傳統(tǒng)的基于電磁微閥原理的點(diǎn)樣方式。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合三維精密位移控制技術(shù)，研制了一種基于壓電振蕩原理的微陣列生物芯片點(diǎn)樣系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于微陣列芯片制備和界面圖案化修飾。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

P2000激光拉制機(jī)、BV10磨針儀、B10058玻璃管（美國Sutter公司）；PhenomPro臺(tái)式掃描電子顯微鏡（復(fù)納科學(xué)儀器上海有限公司公司）；LuxScan10K微陣列芯片掃描儀（北京博奧生物有限公司）；BT125D精密電子天平（德國賽多利斯公司）；MM3C透反射金相顯微鏡（上海萬衡精密儀器有限公司）；AM4113TL顯微鏡（臺(tái)灣DinoLite公司）；P844.10壓電陶瓷（德國PI公司）；7105載玻片（江蘇飛舟玻塑有限公司）。三甲氧基硅烷（美國SigmaAldrich公司）；有機(jī)染料Cy3和Cy5（美國Sigma公司）；使用含30%甘油的水溶液為點(diǎn)樣液。

2.2壓電振蕩點(diǎn)樣原理及點(diǎn)樣頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過壓電陶瓷控制器對(duì)壓電陶瓷施加矩形電壓脈沖，使壓電陶瓷產(chǎn)生微小幅度的振動(dòng)，即壓電振蕩。這種振動(dòng)會(huì)對(duì)毛細(xì)管點(diǎn)樣針尖端內(nèi)的液體產(chǎn)生軸向加速運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的慣性力使液體克服表面張力、

粘性力等束縛，發(fā)生斷裂，在點(diǎn)樣針尖端噴出微小液滴（圖1）[14]。點(diǎn)樣液的物理性質(zhì)（粘度、密度、表面張力）、點(diǎn)樣針尖端內(nèi)徑、壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓、驅(qū)動(dòng)頻率等參數(shù)都會(huì)對(duì)點(diǎn)樣過程造成影響。韋伯?dāng)?shù)（We，無量綱參數(shù)）可用于判定液滴能否從點(diǎn)樣針尖端成功脫落[15]：

12

其中，ρ為液體密度，d為點(diǎn)樣針尖端內(nèi)徑，v為點(diǎn)樣針末端液體流速，r為液體表面張力系數(shù)。v由壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓和驅(qū)動(dòng)頻率共同決定。所研制的點(diǎn)樣頭由壓電陶瓷、連接裝置、點(diǎn)樣針固定裝置和玻璃毛細(xì)管點(diǎn)樣針組成。玻璃毛細(xì)管點(diǎn)樣針的尾端通過硅膠管與蠕動(dòng)泵連接，用于進(jìn)樣和清洗。

2.3毛細(xì)管點(diǎn)樣針制備

采用激光拉制法將一根硼硅酸鹽毛細(xì)玻璃管拉成兩段，以獲得毛細(xì)管點(diǎn)樣針。硼硅酸鹽玻璃不僅具有良好的微加工性能和化學(xué)穩(wěn)定性，而且成本較低。利用激光對(duì)硼硅酸鹽毛細(xì)玻璃管進(jìn)行局部加熱，以消散其內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)玻璃管被加熱部分接近或達(dá)到熔融狀態(tài)時(shí)，在表面張力的作用下，玻璃沿毛細(xì)管軸向均勻收縮，此時(shí)在玻璃管兩端施加拉力，使其從被加熱的部分分成兩段，然后在空氣中急速冷卻，從而獲得內(nèi)腔呈圓錐狀的毛細(xì)管點(diǎn)樣針（圖2A）。對(duì)所拉制的毛細(xì)管點(diǎn)樣針尖端進(jìn)行垂直研磨拋光，

使其形成幾何對(duì)稱、端口平整、內(nèi)徑在μm量級(jí)的噴嘴結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于微陣列生物芯片點(diǎn)樣。如圖2B所示，制作的毛細(xì)管點(diǎn)樣針尖端平整，管壁均勻。使用硅烷化試劑處理研磨后的毛細(xì)管點(diǎn)樣針，提高其內(nèi)壁的疏水性。硅烷化處理能夠有效降低噴嘴內(nèi)壁與溶液之間的相互作用，減少溶液的流動(dòng)阻力，有利于液體的噴射，同時(shí)避免了在噴嘴口處產(chǎn)生樣品“流掛”現(xiàn)象[16]。

2.4微陣列生物芯片點(diǎn)樣系統(tǒng)外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

以壓電振蕩驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)樣頭為基礎(chǔ)，結(jié)合三維精密位移控制技術(shù)，研制了一種新型微陣列生物芯片點(diǎn)樣系統(tǒng)。如圖3A所示，儀器系統(tǒng)的前蓋、兩側(cè)及頂部均采用透明式設(shè)計(jì)，便于實(shí)驗(yàn)的觀察與操作。三維位移平臺(tái)選用直角坐標(biāo)式結(jié)構(gòu)，含有3個(gè)彼此獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元，運(yùn)動(dòng)方向相互垂直，構(gòu)成三維運(yùn)動(dòng)空間（圖3B）。直角坐標(biāo)式位移平臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)較為穩(wěn)定，在工作過程中振動(dòng)較小。

2.5軟件設(shè)計(jì)

軟件控制主要分為位移控制、點(diǎn)樣參數(shù)設(shè)置、點(diǎn)陣參數(shù)設(shè)置和圖案化參數(shù)設(shè)置4個(gè)功能部分。位移控制功能可以將毛細(xì)管點(diǎn)樣針移動(dòng)至接近點(diǎn)樣基底表面的地方；點(diǎn)樣參數(shù)設(shè)置區(qū)域可以設(shè)置點(diǎn)樣的幅值、頻率和重復(fù)點(diǎn)樣次數(shù)等參數(shù)；點(diǎn)陣參數(shù)區(qū)域可以設(shè)置單個(gè)點(diǎn)陣的橫向、縱向點(diǎn)數(shù)和點(diǎn)陣間距，以及多個(gè)點(diǎn)陣的橫向、縱向陣數(shù)和陣間距；圖案化參數(shù)設(shè)置需要輸入目標(biāo)圖案的BMP位圖格式文件。

3結(jié)果與討論

3.1點(diǎn)樣體積測(cè)試

選用內(nèi)徑20μm的毛細(xì)管點(diǎn)樣針測(cè)試所研制的儀器系統(tǒng)的點(diǎn)樣體積。由于單次點(diǎn)樣體積在nL級(jí)別，難以直接精確測(cè)量其體積。為了使測(cè)得結(jié)果更接近真實(shí)值，采用測(cè)量點(diǎn)樣液滴的質(zhì)量間接得到點(diǎn)樣液滴體積的方法。首先，取1mL樣品溶液，測(cè)得其質(zhì)量為1.083g，獲得樣品溶液的密度為1.083g/mL。然后，固定驅(qū)動(dòng)頻率為5Hz，

設(shè)置不同的驅(qū)動(dòng)電壓，每種驅(qū)動(dòng)電壓點(diǎn)樣10000次，收集10000個(gè)液滴并稱重得到其質(zhì)量，通過與密度值進(jìn)行換算即可得到10000個(gè)液滴的體積，進(jìn)而得到單個(gè)液滴的體積。在每種點(diǎn)樣參數(shù)下，點(diǎn)樣液滴體積的測(cè)量均采用測(cè)量5次取平均值的方法，得到的單點(diǎn)體積與驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系如圖4所示。在驅(qū)動(dòng)電壓為20V時(shí)，獲得最小點(diǎn)樣體積320pL；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓低于20V時(shí)，點(diǎn)樣針尖端內(nèi)液體所獲得的慣性力因無法克服液體表面張力、粘性力等束縛而無法噴出；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓>20V時(shí)，隨著驅(qū)動(dòng)電壓的增大，液體獲得的慣性力增大，點(diǎn)樣體積也隨之增大。

3.2點(diǎn)樣密度測(cè)試

選用內(nèi)徑20μm的毛細(xì)管點(diǎn)樣針測(cè)試儀器系統(tǒng)的點(diǎn)樣密度。在驅(qū)動(dòng)電壓25V、頻率2Hz、點(diǎn)間距160μm條件下，獲得的微陣列如圖5所示。從圖5可見，液滴粒徑大小規(guī)整、均勻、無衛(wèi)星液滴，所獲得的液滴平均直徑約（108

SymbolqB@5）μm，接近商品儀器在接觸式點(diǎn)樣方式下所獲得的微陣列（單點(diǎn)直徑約100μm），優(yōu)于其在非接觸點(diǎn)樣方式下所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（單點(diǎn)直徑

Symbol～200μm）。微陣列點(diǎn)陣密度達(dá)到4000點(diǎn)/cm2，表明所研制的儀器系統(tǒng)能夠制備高密度微陣列生物芯片。

3.3精度測(cè)試

選用內(nèi)徑40μm的毛細(xì)管點(diǎn)樣針測(cè)試儀器系統(tǒng)的點(diǎn)樣精度。在驅(qū)動(dòng)電壓40V、頻率2Hz、點(diǎn)樣間距1mm的點(diǎn)樣參數(shù)下，分別通過單次點(diǎn)樣制備單色染料（Cy3和Cy5）微陣列，同一位置重復(fù)點(diǎn)樣2次，制備雙色染料微陣列。如圖6所示，重復(fù)點(diǎn)樣所獲得的雙色液滴微陣列粒徑大小規(guī)整、均勻，陣列點(diǎn)平均直徑為（200

SymbolqB@8）μm；其中紅色染料（Cy5）信號(hào)平均值為1957

SymbolqB@63，綠色染料（Cy3）信號(hào)平均值為460

SymbolqB@29。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的點(diǎn)樣系統(tǒng)具有良好的點(diǎn)樣精度，能夠?qū)崿F(xiàn)不同樣品在同一位置的重復(fù)點(diǎn)樣。

3.4圖案化制備

為進(jìn)一步考察儀器系統(tǒng)的性能，選用內(nèi)徑40μm的毛細(xì)管點(diǎn)樣針，在驅(qū)動(dòng)電壓40V、頻率2Hz、點(diǎn)樣間距260μm、1次點(diǎn)樣的點(diǎn)樣參數(shù)下制備離散圖案；在驅(qū)動(dòng)電壓80V、頻率2Hz、點(diǎn)樣間距120μm、2次重復(fù)點(diǎn)樣的點(diǎn)樣參數(shù)下制備連續(xù)圖案。如圖7所示，在兩種情況下均能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)圖案的制備，對(duì)目標(biāo)圖案的形狀和大小沒有要求。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的基于壓電振蕩原理的微陣列點(diǎn)樣系統(tǒng)具有優(yōu)良的點(diǎn)樣精度，不僅能夠應(yīng)用于微陣列生物芯片制備，而且能夠?qū)崿F(xiàn)界面圖案化修飾。

4Y論

分析了毛細(xì)管尖端液滴形成的條件，采用微加工方法制備了毛細(xì)管點(diǎn)樣針，并設(shè)計(jì)了一種新型非接觸式點(diǎn)樣結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上研制開發(fā)了一種基于壓電振蕩原理的微陣列點(diǎn)樣系統(tǒng)。此點(diǎn)樣系統(tǒng)使用毛細(xì)玻璃管作為點(diǎn)樣針，極大地降低了微陣列生物芯片的點(diǎn)樣成本，并且點(diǎn)樣針與壓電驅(qū)動(dòng)裝置為獨(dú)立單元，可以單獨(dú)對(duì)毛細(xì)管點(diǎn)樣針進(jìn)行更換和清洗。點(diǎn)樣體積、點(diǎn)樣密度、點(diǎn)樣精度、圖案化制備等實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所研制的系統(tǒng)能夠應(yīng)用于高密度微陣列生物芯片制備、能夠?qū)崿F(xiàn)固定位置重復(fù)點(diǎn)樣和界面圖案化修飾，因此具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

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AbstractAnewtypeofpiezoelectricoscillationbasednoncontactspottingmodehasbeendevelopedtoovercomethedisadvantagesoftraditionalnoncontactspottingmodesincludingcomplicatedoperationprocedure，cleaningdifficultyofspottingneedle，largesampleconsumptionofelectromagneticmicrovalveandhighspottingcostofpiezoelectricinkjetbasednoncontactspottingmode.Inthedevice，thecapillaryspottingneedleandthepiezoelectricdrivingdevicearetwoindependentunitsusedforreplacingandcleaningcapillaryspottingneedle.Theglasscapillaryspottingneedleispreparedbythelasermeltingmethodwithadjustablediameterandlowcost.Thesamplespottingvolumeofthedevicecanbeeasilyadjustedintherangeof10

0-10

9bychangingtheamplitudeandfrequencyofpiezoelectricceramic.Amicroarrayspottingsystemisdevelopedbythecombinationofthepiezoelectricoscillationbasednoncontactspottingmodeandthreedimensionalprecisiondisplacementcontroltechnology.Themultipleparametersofaspreparedmicroarrayspottingsystemhavebeentestedincludingspottingvolume，densityofspotandspottingprecision.Theexperimentalresultsindicatethattheminimumvolumeofsinglespotwith320pLandthehighestdensityofspotwith4000spots/cm2canbeachievedbytheaspreparedmicroarrayspottingsystem.Furthermore，theaspreparedmicroarrayspottingsystemcanalsobeemployedtofabricatepatternedinterface.

第8篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】微流體;水銀開關(guān);制作工藝

1.微開關(guān)的發(fā)展

自Frobenius在1973[1]年首先制作出一種金屬懸臂梁型加速度開關(guān)以來，已經(jīng)出現(xiàn)了各種不同的MEMS加速度開關(guān)。在工作原理上可以分為兩類：一類是準(zhǔn)靜態(tài)開關(guān)，該開關(guān)結(jié)構(gòu)是通過彈性結(jié)構(gòu)連接一個(gè)質(zhì)量塊，并將質(zhì)量塊作為一個(gè)敏感質(zhì)量和可動(dòng)電極，根據(jù)牛頓第一定律，當(dāng)所受的加速度達(dá)到一個(gè)預(yù)定閥值時(shí)，質(zhì)量塊受力作用，克服彈性恢復(fù)力，發(fā)生位移達(dá)到一個(gè)預(yù)設(shè)位置，并與一個(gè)定電極接觸，從而觸發(fā)電信號(hào)，導(dǎo)通電路使開關(guān)工作，開關(guān)閾值由慣性力和彈性恢復(fù)力之間的線性關(guān)系確定。這種開關(guān)對(duì)于工藝容差要求嚴(yán)格，精度較低，閾值范圍局限在低頻低量程加速度范圍內(nèi)，測(cè)量能力和環(huán)境適應(yīng)能力較弱，容易造成開關(guān)失靈或誤操作，并且此類開關(guān)測(cè)量閾值單一，難以實(shí)現(xiàn)智能化集成。另一類開關(guān)是動(dòng)態(tài)開關(guān)，這類開關(guān)受慣性力，彈性恢復(fù)力，應(yīng)力和靜電吸引力等多個(gè)力共同作用。加速度閾值通過動(dòng)態(tài)方程計(jì)算分析確定，因而這種開關(guān)具有動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量能力。

圖1.1 微加速度開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

加速度開關(guān)是感受加速度的重要慣性器件，為了滿足控制系統(tǒng)的保險(xiǎn)功能要求，加速度開關(guān)應(yīng)具備體積小、機(jī)械接觸可靠、允許通過電流大、精度較高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的加速度開關(guān)采用精密機(jī)械加工，存在體積較大、抗震能力較弱等不足。因此，迫切要求研制新型的微加速度開關(guān)。其中如準(zhǔn)LIGA[2]技術(shù)因簡單易行，只需通過厚膠光刻和微電鑄工藝即可實(shí)現(xiàn)慣性器件的制作而被采用。該技術(shù)采用紫外光曝光，由于不必使用同步輻射光源，所以研制成本較低，同時(shí)以金屬鎳為材料，使得器件本身可作為電極導(dǎo)電并通大電流。

微流體加速度開關(guān)是一種受加速度控制的開關(guān)量傳感器。它可以作為控制開關(guān)使用，也可以用來提供開關(guān)量信號(hào)。隨著微機(jī)械加工技術(shù)在傳感器領(lǐng)域中的應(yīng)用和推廣，已經(jīng)出現(xiàn)了不同類型的微加速度開關(guān)，這些開關(guān)根據(jù)用途的不同而具有不同的結(jié)構(gòu)形式。本文中以水銀為介質(zhì)的微加速度開關(guān)，利用在常溫下水銀是液態(tài)金屬、表面張力大的特點(diǎn)，構(gòu)成對(duì)加速度敏感的液體電極，水銀電極與固定電極組成加速度開關(guān)，它的抗載能力不受元件（水銀）強(qiáng)度的限制，因此過載量程比可以極大提高。

2.水銀加速度開關(guān)原理

2.1 結(jié)構(gòu)組成

2.1.1 基板結(jié)構(gòu)

基板為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如圖2.1所示。正向加速度閥門開啟使水銀流動(dòng)，反向加速度閥門關(guān)閉使水銀不流動(dòng)。在硅基板上刻蝕出水銀儲(chǔ)放腔體、水銀微通道和氣體微通道，保留通道壁突臺(tái)和腔體外框突臺(tái)。水銀張力膜將流體區(qū)域分隔為水銀腔和氣體腔，兩通道壁所夾下部區(qū)域構(gòu)成水銀微通道，腔體外框、通道壁和閥門間的縫隙構(gòu)成氣體微通道。

2.1.2 蓋板結(jié)構(gòu)

蓋板與基板鍵合封裝，形成矩形儲(chǔ)液腔和矩形微通道。在基板/蓋板/基板與蓋板的水銀通道位置制備電極，水銀張力膜隨加速度的變換發(fā)生位移，通過水銀的流動(dòng)使電極導(dǎo)通或斷開。

圖2.1 加速度開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 工作原理

為保證開關(guān)系統(tǒng)具有鎮(zhèn)定性，必須設(shè)置微流體閥門。當(dāng)載體的加速度為-am

當(dāng)載體發(fā)生正向加速度g≤a≤10g時(shí)，閥門開啟。水銀所受慣性力和水銀腔表面張力的驅(qū)動(dòng)，克服水銀與通道壁間的粘性剪應(yīng)力和微通道表面張力的阻力，使水銀觸點(diǎn)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)處于載體慣性力、流體慣性力、表面張力和流動(dòng)粘性力的動(dòng)態(tài)多力平衡狀態(tài)。當(dāng)載體加速度達(dá)到10g時(shí)，水銀觸點(diǎn)恰好到達(dá)接通電極的位置，使開關(guān)閉合。由于該多力平衡系統(tǒng)具有極強(qiáng)的鎮(zhèn)定性，即使當(dāng)載體加速度時(shí)，觸點(diǎn)與閥門的位置差趨于零，無須正向限位。

在載體加速度由10g降低至1g的過程中，開關(guān)處于斷開過程。首先加速度降至9.9g時(shí)，精準(zhǔn)的觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可保證開關(guān)在準(zhǔn)確的位置斷開。然后，在加速度由9.9g降至或低于1g的過程中，出于觸點(diǎn)斷開、閥門開啟狀態(tài)。當(dāng)加速度繼續(xù)降低時(shí)，閥門關(guān)閉，開關(guān)恢復(fù)到初始限位狀態(tài)。

2.3 微尺度效應(yīng)對(duì)微流體的影響

當(dāng)流道和型腔特征尺寸小于1mm時(shí)[3]，支配流體流動(dòng)的物理環(huán)境及其自身特性發(fā)生變化，探明微尺度條件下流體的流動(dòng)特性對(duì)微納零件的制造與微機(jī)械裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分重要。在有關(guān)微流體流動(dòng)行為的研究中，J.Pfahler[4]等?？疾炝肆黧w在硅材料矩形微流道中的運(yùn)動(dòng)特性。以丙醇（N-Propanol）為實(shí)驗(yàn)流體，矩形截面尺寸寬×高分別為135×53，100×1.7，100×0.8的微流道所作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在截面尺寸相對(duì)較大的微流道中流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與Navier-Stokes方程式相吻合;而當(dāng)矩形截面流道深度H降至0.8時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果偏離Navier-Stokes方程的計(jì)算結(jié)果。李勇[5]等以微圓管為對(duì)象，研究了用Navier-Stokes方程描述微流體運(yùn)動(dòng)特性的適用性。結(jié)果表明，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度為2.6×10-6m2/s的硅油，當(dāng)圓管直徑降至4.5時(shí)，Navier-Stokes方程不再適用;對(duì)于管徑為11.2的流道，當(dāng)流體的運(yùn)動(dòng)粘度為4.3×10-4m2/s時(shí)，流量與壓力損失仍呈比例關(guān)系。江小寧[6]等研制了一套測(cè)量微尺度流動(dòng)流量的系統(tǒng)，并測(cè)量了管徑為8，14和24圓管流道內(nèi)流體流量與壓力損失的關(guān)系。結(jié)果表明，在這樣的條件下，流體依然不可壓縮連續(xù)流動(dòng)，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Navier-Stokes方程式的描述十分接近。

在微流體流動(dòng)過程中，由于微尺度效應(yīng)作用，表面力作用增強(qiáng)，粘性力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過慣性力，流道直徑減小導(dǎo)致微流體雷諾數(shù)減小，沿程阻力系數(shù)增大，且微流道的長徑比增大。

3.擬采用制作工藝

3.1 硅基微機(jī)械加工技術(shù)

硅基微機(jī)械加工技術(shù)[7]包括體微機(jī)械加工技術(shù)、表面微機(jī)械加工技術(shù)、以及復(fù)合微機(jī)械加工技術(shù)等。體微機(jī)械加工技術(shù)是將整塊材料如單晶硅基片加工成微機(jī)械結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝。通常，機(jī)械結(jié)構(gòu)的形成要經(jīng)歷選擇摻雜和結(jié)晶濕化學(xué)腐蝕兩道工序。和微電子生產(chǎn)中的亞微米光刻工藝比較，這些工藝尺度相對(duì)大而粗糙，線度變化在幾微米到幾百微米之間。通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的干化學(xué)腐蝕將單晶硅做成零部件也可使體微機(jī)械加工具備更好的尺度控制。體微機(jī)械加工的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它可以相對(duì)容易地制造出大質(zhì)量的零部件，缺點(diǎn)是它很難制造精細(xì)靈敏的懸掛系統(tǒng)。另外，由于體微機(jī)械加工工藝無法做到零部件的平面化布局，因此它不能夠和微電子線路直接兼容;表面微機(jī)械加工就是利用集成電路中的平面化制造技術(shù)來制造微機(jī)械裝置。標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程包括首先在單晶硅基片上交替沉積一層低應(yīng)力的多晶硅層和一層用于腐蝕的氧化硅層，形成一個(gè)復(fù)雜的加工層，然后再對(duì)這個(gè)加工層進(jìn)行光刻摹制，最后用氫氟酸對(duì)氧化硅進(jìn)行蝕刻顯影。多次重復(fù)這一標(biāo)準(zhǔn)工藝流程就可完成表面微機(jī)械加工。利用這種加工技術(shù)生產(chǎn)的微機(jī)械裝置一般包括一層用作電連結(jié)的多晶硅層，一層或更多的機(jī)加工多晶硅層，它們形成各種機(jī)械部件，如懸臂梁、彈簧和聯(lián)動(dòng)桿等等。由于整個(gè)工藝都基于集成電路制造技術(shù)，因此可以在單個(gè)直徑為幾英寸的單晶硅基片上批量生成數(shù)百個(gè)微型裝置。表面微機(jī)械加工技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它充分利用了現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，對(duì)機(jī)械零部件尺度的控制與一樣好，因此這種技術(shù)和完全兼容。雖然表面微機(jī)械加工零部件的布局平面化使之和微電子電路容易集成，但是它同時(shí)也限制了表面加工，它制造的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本上都是二維的，因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的厚度完全受限于沉積薄膜的厚度。

復(fù)合微機(jī)械加工技術(shù)是體微機(jī)械加工技面微機(jī)械加工技術(shù)的綜合。它是在體微機(jī)械術(shù)和表面微機(jī)械加工技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來技術(shù)，具有體微機(jī)械加工技術(shù)和表面微機(jī)械術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也避免了它們的缺點(diǎn)。

微加速度表的制作工藝流程如圖3.1所示：制作SOI片（圖3.1（a））;運(yùn)用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（DRIE）制作2μm寬的溝槽，在刻蝕的溝槽內(nèi)淀積氮化硅（圖3.1（b））;刻蝕掉表面的氮化硅，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝制作界面和信號(hào)處理電路（圖3.1（c））;電介質(zhì)清除，運(yùn)用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)形成微結(jié)構(gòu)，運(yùn)用氫氟酸刻蝕氧化層（圖3.1（d））。

圖3.1 微加速度計(jì)制作工藝流程

3.2 本文擬采用的工藝和材料

經(jīng)過前面工藝方法和材料的對(duì)比，本文擬采用SiC材料[8]，因其具有寬帶隙、耐磨損、耐腐蝕、高熱導(dǎo)率、極好的物理化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，利用SiC材料制成的微通道在高溫、高頻、強(qiáng)腐蝕性應(yīng)用環(huán)境如微噴或者微發(fā)動(dòng)機(jī)等應(yīng)用場(chǎng)合有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。SiC材料可以在Si襯底上淀積生長，大面積SiC可以相對(duì)容易地獲得，且價(jià)格低廉。

目前，微流體主要是基于半導(dǎo)體Si、玻璃、金屬或高聚物等材料制備的，傳統(tǒng)的制作方法是對(duì)玻璃和Si芯片進(jìn)行刻蝕，并在此基礎(chǔ)上通過鍵合制成成品。這類方法需要對(duì)玻璃或Si芯片進(jìn)行鍵合密封等復(fù)雜操作，另外，這類微液體系統(tǒng)難于在強(qiáng)腐蝕性、高溫等惡劣環(huán)境下使用。

本文選用的Si基微通道制備原理如下：首先在Si襯底片上刻蝕出微流體凹槽，凹槽之間留出臺(tái)面，凹槽尺寸及其在襯底片上的排布根據(jù)設(shè)計(jì)需要而定;采用化學(xué)氣相沉積法在該襯底片上淀積SiC薄膜材料，此層薄膜材料覆蓋微流體凹槽壁面，并在凹槽頂部閉合，形成封閉的微通道。利用半導(dǎo)體工藝在Si襯底片上刻蝕出微流體凹槽，凹槽用作后繼淀積工藝的模板。淀積SiC薄膜材料時(shí)，反應(yīng)氣體同時(shí)在臺(tái)面和凹槽壁面反應(yīng)成核，但反應(yīng)物不易遷移到凹槽壁面，凹槽壁面的淀積速率比臺(tái)面的慢很多。SiC材料沿垂直臺(tái)面方向縱向生長，在縱向生長的同時(shí)，也進(jìn)行橫向生長，隨著生長進(jìn)度，相鄰臺(tái)面的橫向生長區(qū)域相互合并，將凹槽封閉起來，凹槽壁面由于缺乏反應(yīng)物而不再淀積SiC薄膜，這樣就形成了一個(gè)封閉的微通道。

圖3.2 Si基Si通道制備工藝示意圖

4.總結(jié)

本論文介紹了利用水銀作為介質(zhì)的微加速度開關(guān)原理，探索了制造工藝。下一步研究要依據(jù)流體力學(xué)基本原理建立了基本數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行模擬。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)抗高過載的低量程，接觸性好的加速度開關(guān)。

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第9篇：微納光學(xué)技術(shù)與應(yīng)用范文

英國布里斯托爾大學(xué)有這樣一個(gè)地方，出入口有嚴(yán)格的門禁系統(tǒng)。墻壁和地板足有兩米厚，由堅(jiān)固沙石為原料的鋼筋混凝土澆注而成。通風(fēng)管道會(huì)自動(dòng)閉合，甚至連手機(jī)信號(hào)也不可能“偷溜”進(jìn)來。這個(gè)地方的安全措施堪比銀行的金庫，但是這里儲(chǔ)藏的不是黃金和鈔票，而是鉆石。這個(gè)地方就是布里斯托爾大學(xué)納米科學(xué)及量子信息中心(Centre for Nanoscience andQuantum Information)的一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

在這個(gè)“神秘”實(shí)驗(yàn)室中儲(chǔ)藏的每一粒鉆石的大小，都比一?；覊m還要小。這類大小的鉆石對(duì)銀行家們沒有絲毫的吸引力，但是它們卻正在成為物理學(xué)家們的至愛。

還不僅僅是鉆石，金、銀也越來越受實(shí)驗(yàn)室中科學(xué)家們的青睞，這些材料在近一個(gè)世紀(jì)以來，被公認(rèn)為具有最高的硬度、光澤度和耐腐蝕性，但是現(xiàn)在，科學(xué)家以及開始嘗試將它們縮小到納米級(jí)，發(fā)展出其他具有價(jià)值的特性，來改變那些傳統(tǒng)的電子配件構(gòu)建模式。這些以鉆石、金、銀為材料的“閃亮”技術(shù)正一步步突破人們的想象空間。

鉆石惹人愛

納米世界是一個(gè)蘊(yùn)含著巨額財(cái)富的世界，這也是為什么布里斯托爾大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建造得如此堅(jiān)固的原因。在這里，物理學(xué)家尼爾?福克斯(Nell Fox)每天的工作就是研究那些和人類頭發(fā)絲差不多直徑的、精密的鉆石薄膜，試驗(yàn)非常的敏感，哪怕最輕微的震動(dòng)都有可能導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

福克斯的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是將這些鉆石薄膜轉(zhuǎn)變成一種新型的太陽能電池單元，通過吸收熱量而不是可見光的波長來產(chǎn)生電能。他正在開拓的“熱電子發(fā)射”是利用了一些材料遇熱時(shí)發(fā)射電子的特性，而極薄的鉆石在這點(diǎn)上表現(xiàn)的最突出。?？怂褂?jì)劃使用一個(gè)反射盤將太陽光集中到一個(gè)用兩片鉆石薄膜組成的設(shè)備中，而這兩片鉆石薄膜中間有一個(gè)近百微米的真空層，當(dāng)太陽光照射在外層薄膜上時(shí)，最活躍的電子放射出來，并被其他薄膜收集，從而產(chǎn)生電流。

?？怂贡硎?。這項(xiàng)技術(shù)還可以脫離對(duì)太陽的依賴，這類電池還可以吸收電廠、工廠的廢氣和汽車的尾氣中的熱量。

為了使鉆石薄膜能夠更有效的工作，福克斯必須首先將鋰原子植入鉆石薄膜中，這些原子在薄膜表面產(chǎn)生正電荷，這將幫助熱電子發(fā)散。但這時(shí)技術(shù)問題出現(xiàn)了，鉆石中因含有碳原子才具有了很好的硬度，而這卻給植入相異原子帶來了非常巨大的困難。當(dāng)鉆石薄膜熱量非常高時(shí)，鋰原子將慢慢滲入，但是最后這些電子會(huì)成團(tuán)并失效?，F(xiàn)在，福克斯已經(jīng)將注意力轉(zhuǎn)到了鋰離子上，他相信鋰離子在整個(gè)結(jié)構(gòu)中更容易擴(kuò)散，“讓所有事情都達(dá)到我們的要求，確實(shí)需要更多的嘗試?！?/p>

納米鉆石也許還將成為微芯片中硅元素電路的替代者，美國國防部高級(jí)研究規(guī)劃局(US Defense Advanced Research Proiects Agency，DARPA)正在領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的研究。該研究旨在用以鉆石為材料的精微機(jī)械部件來替代以硅元素為基礎(chǔ)的電子電路。美國國防部高級(jí)研究規(guī)劃局的工程師們相信，這種新型設(shè)備通過集成新型的電子部件，將具有重大的優(yōu)勢(shì)，尤其是如果這些電子部件可以使用超微晶納米鉆石(UItraNanoC rystalline Diamond，UNCD)材料的話更是如此。

超微晶納米鉆石材料由位于美國芝加哥的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laborato ry，ANL)研發(fā)，該研究室是美國政府最老和最大的科學(xué)與工程研究實(shí)驗(yàn)室之一。

超微晶納米鉆石材料吸引許多科學(xué)家的最大原因在于具有超平整的表面機(jī)構(gòu)，以及許多其他優(yōu)越的特性，在目前被應(yīng)用在發(fā)射元件、表面聲波元件、強(qiáng)化表面鍍膜、紅外線玻璃、微機(jī)電元件(MEMS)等。并且應(yīng)用了超微晶納米鉆石材料的部件可以直接集成到硅芯片中，降低了硅芯片的制造成本?！般@石確實(shí)是一種非常特殊的材料?！比鸬錇跗账_拉大學(xué)的工程師簡?艾斯伯格(Janlsberg)表示，他正在研究超微晶納米鉆石材料在電子學(xué)中的應(yīng)用。

美國國防部高級(jí)研究規(guī)劃局資助的研究員們希望能夠使用他們所研究的鉆石部件，創(chuàng)建一個(gè)在寬帶速度下操作的軍用無線電接收裝置，而這正得益于鉆石所具有的剛性和耐腐蝕性。

iPod嵌在衣料中

除了鉆石外，同樣發(fā)出耀眼光芒的金和銀這兩種材料也在被科學(xué)家們拿來進(jìn)行更多科學(xué)嘗試，當(dāng)有一天，iPod不是拿在手中而是內(nèi)嵌在隨身穿著的外套里，千萬不要驚訝。

鉆石利用新方法“操縱”電子，而另一些形式的“閃亮”物質(zhì)通過光子。可以完全替代電子。與電子在電路中通過碰撞和沖突產(chǎn)生能量不同，光子可以互相不沖突而與光學(xué)纖維產(chǎn)生作用。這意味著光子可以比電子具有更高的密度，因而光學(xué)電路可以傳輸更多的數(shù)據(jù)。

找出一種方式來控制這些光子，到目前為止仍是一大挑戰(zhàn)。一種解決辦法是使用等離子體激元(plasmon)，等離子體激元可以想象為在內(nèi)部含有電子的金屬表面捕獲的一條光波。近期，韓國大田市電子及通信研究所的研究團(tuán)隊(duì)使用等離子體激元在黃金電線上傳送寬帶光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)芯片之間傳輸數(shù)據(jù)。包括因特爾公司在內(nèi)的部分生產(chǎn)商，已經(jīng)開始使用這種技術(shù)來替代個(gè)人電腦中的傳統(tǒng)配線技術(shù)。

等離子體激元技術(shù)的終極目標(biāo)是，自發(fā)光并執(zhí)行每一個(gè)微芯片的操作。現(xiàn)在該目標(biāo)還存在的部分問題是是否能夠產(chǎn)生光脈沖。并使它們能夠在極小的空間里以極高的速度進(jìn)行自由轉(zhuǎn)換。

今年年初，一個(gè)由中國和美國的物理學(xué)家組成的科學(xué)團(tuán)隊(duì)展示了一種有史以來最小的激光器。該激光器的基本組成部分是一個(gè)直徑僅為44納米的納米粒子，該器件能產(chǎn)生一種稱為表面等離激元(surface plasmon)的輻射而被命名為“spaser”。這項(xiàng)新技術(shù)可允許光子局限在非常小的空間內(nèi)，一些物理學(xué)家據(jù)此認(rèn)為，spaser也許將成為未來光學(xué)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。

工程師們使用鉆石、金、銀這些“閃亮”物質(zhì)構(gòu)建光學(xué)計(jì)算機(jī)還需要很長時(shí)間，而在這個(gè)過程中。金和銀的納米微粒也許能發(fā)揮一些其他功能。比如可以將這些納米微粒添加到織品中，這些織品暴露在光線下，金納米顆?？梢陨傻入x子體激元，遇熱后放射出不同波長的光。這項(xiàng)技術(shù)可以用光譜學(xué)的方法來分析細(xì)胞化學(xué)，從而在醫(yī)療診斷學(xué)中發(fā)揮重要作用。

而銀納米顆粒也有大展拳腳的領(lǐng)域，它們可以使LED(發(fā)光二極管)發(fā)揮更高的效率。根據(jù)Applied PhysiCSLetters的數(shù)據(jù)顯示，添加了銀納米顆粒的LED的輸出量增加了8倍，這也許意味著未來將有更加節(jié)能的顯示屏幕或照明系統(tǒng)?！斑@是一個(gè)目前才剛剛起步的、未來發(fā)展空間非常大的研究領(lǐng)域?！泵绹鞅贝髮W(xué)從事納米技術(shù)研究的泰瑞?歐多姆(Teri Odom)表示。

當(dāng)然，如何將前沿技術(shù)與市場(chǎng)相結(jié)合才是最重要的。未來這些“閃亮”技術(shù)也可以被集成到最普通的消費(fèi)品中，給消費(fèi)者帶來切身的體驗(yàn)。目前非常時(shí)髦的小設(shè)備，比如手機(jī)和音樂播放器，可以通過“閃亮”技術(shù)集成到我們隨身穿著的衣服中，“我們不必再攜帶iPod，只要將所有的電子系統(tǒng)嵌入到我們的夾克中。”伊利諾伊大學(xué)烏爾班納一香檳分校的材料科學(xué)家珍妮弗?路易斯(JenniferLewis)表示。