微納光學技術(shù)與應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：微納光學技術(shù)與應(yīng)用范文

“973”、“863”等科研項目的牽引下，團隊的科研工作有了顯著進展。

高速集成光電子器件研究取得重大進展

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沉積方案實現(xiàn)了MPa量級的低應(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，為實現(xiàn)40 Gb/s大信號調(diào)制工作奠定了基礎(chǔ)。同時，開展了高速集成光源模塊封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，初步確定了封裝的基本形式。重點對同軸―共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及低損耗共面波導(dǎo)傳輸線進行了設(shè)計和優(yōu)化。通過理論模擬和實驗測試研究了封裝對高頻調(diào)制響應(yīng)的影響，特別是對平板波導(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，并對其大信號調(diào)制特性進行了測試，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，標志著我國高速集成光電子器件的研究水平上了一個新臺階。

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，研究了可用于量子保密通信和線性光學量子計算的單光子光源，包括器件的設(shè)計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，申請并獲得國家“973”計劃子課題“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基藍光LED的制作和應(yīng)用技術(shù)取得多項突破性進展

提出了載流子輸運和復(fù)合的物理機制，設(shè)計出新型的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，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，設(shè)計了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LED光學系統(tǒng)，開發(fā)了實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，而且在實際耗電功率上具有明顯的優(yōu)勢。該研究目前得到國家“十一五”“863”計劃半導(dǎo)體照明工程重大項目課題“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)計平臺，在光子晶體帶隙限制波導(dǎo)的研究中取得了重要進展，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方法，成功激勵起了長程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。

第2篇：微納光學技術(shù)與應(yīng)用范文

有機發(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)存儲也許采用光誘導(dǎo)熱輔助磁記錄技術(shù)，存儲密度更高。

光伏發(fā)電和光伏電池成本降低，會在更大范圍內(nèi)提供更加廉價的清潔能源，甚至汽車和小型飛機也可以靠光伏動力行駛和飛行。如果激光慣性約束核聚變點火成功，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。

固態(tài)照明技術(shù)綠色環(huán)保，日趨廉價。高效發(fā)光二極管和“21世紀燈泡”將會廣泛使用，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。

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

光學傳感器等傳感系統(tǒng)將成為在情報、監(jiān)視和偵察領(lǐng)域爭奪主導(dǎo)地位的下一個“戰(zhàn)場”，高性能激光武器將引發(fā)新一輪軍事革命，合成孔徑激光雷達將大顯神通。集成光電子電路蓄勢待發(fā)，將會為光學系統(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。人類認識世界的每一次飛躍都不開光學的進步。人類從認識光，到利用光，再到駕馭光，這一過程推動著人類文明向前發(fā)展。

縱觀人類文明發(fā)展史，科學技術(shù)的每一次飛躍都得益于更精密、更靈敏的測量方法的涌現(xiàn)，而光和光基技術(shù)在時間、空間、速度、頻譜、強度等多個方面提供了前所未有的極端條件，勢必在信息、能源、健康、先進制造、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，我們就會體驗到以下的技術(shù)革新。

21世紀，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)和檢測方法將顯著提高生物醫(yī)學光學儀器的速度、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可以在很短的時間內(nèi)完成30億個堿基對的測序，幫助識別遺傳編碼中的疾病傾向，從而在發(fā)生嚴重病變前就采取預(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單個神經(jīng)元或神經(jīng)元組，神經(jīng)科學家可以激活或停用特定的神經(jīng)回路，觀察整個神經(jīng)回路對其的響應(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)用于每一部手機中，其定位精度取決于工作在微波頻率的原子鐘計時精度。銫原子鐘的精確度達到2000萬年不差1秒，定位精度將達到厘米量級。如果采用工作在光頻的“光鐘”，計時和定位精度又會提升超百倍。

第3篇：微納光學技術(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，她同時也任職于美國加州大學伯克利分校材料科學與工程學院和化學學院?！澳憧梢詫⑺胂蟪梢粋€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特光學、電子學和機械特性的人造原子。如果能夠誘發(fā)納米粒子進行自我裝配以形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)和分層級的樣式，類似于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，那么它將實現(xiàn)大批量生產(chǎn)比現(xiàn)代微型工藝學使用的小一千倍的設(shè)備。

徐和她的研究小組正在朝這個終極目標穩(wěn)定的前進。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，一般為幾納米至幾十納米?！毙煺f道。“考慮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?！?/p>

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結(jié)構(gòu)控制的陳列讓人印象深刻，但它也僅僅是這項最新技術(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和動力學。他們發(fā)現(xiàn)通過最優(yōu)化單個參數(shù)，也即溶劑的量，裝配動力學可以精確的調(diào)節(jié)以實現(xiàn)在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生分層級結(jié)構(gòu)的薄膜。

“為了利用非共價鍵連接在聚合物側(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現(xiàn)納米粒子陣列的快速定序。”

第4篇：微納光學技術(shù)與應(yīng)用范文

2016年12月22日3時22分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(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)定運行，將使我國初步形成針對重點地區(qū)乃至全球的大氣二氧化碳濃度監(jiān)測能力，對充分了解全球碳循環(huán)過程及其對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)測全球大氣二氧化碳含量的科學實驗衛(wèi)星，圍繞全球氣候變化這一當今國際社會普遍關(guān)心的全球性重大問題，以大氣二氧化碳遙感監(jiān)測為切入點，利用高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀等探測設(shè)備，通過地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗證系統(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)測方面躋身國際前列。此前，全球已有兩顆二氧化碳監(jiān)測衛(wèi)星：日本在2009年發(fā)射的“呼吸”號（GOSAT）溫室氣體觀測衛(wèi)星，美國在2014年發(fā)射的“軌道碳觀測者2號”衛(wèi)星（OCO-2）。

碳衛(wèi)星是國家科技部為應(yīng)對全球氣候變化、提升我國全球二氧化碳監(jiān)測能力部署的一項重大任務(wù)。通過863計劃地球觀測與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域“全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項目立項實施。由中科院國家空間科學中心負責工程總體；中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負責衛(wèi)星系統(tǒng)，中科院長春光學精密機械與物理研究所研制有效載荷；中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心負責地面數(shù)據(jù)接收處理與二氧化碳反演驗證系統(tǒng)的研制、建設(shè)和運行。

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

負責本次發(fā)射任務(wù)的二號丁運載火箭由中國航天科技集團公司上海航天技術(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。這是系列運載火箭的第243次飛行。

第5篇：微納光學技術(shù)與應(yīng)用范文

微模具是微注塑成型的核心，其機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，但表面具有微細特征結(jié)構(gòu)，如光學、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，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、傳熱都與宏觀尺度下不同；對模具型腔的通氣、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)計理論和方法在微成型模具設(shè)計中不再完全適用，因此微成型模具的設(shè)計已成為國內(nèi)外研究的熱點和難點。

微注塑成型模具的特點：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。一般認為微模具應(yīng)符合以下特征：其應(yīng)用對象的整體尺寸或局部尺寸小于1mm；微模具微細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，同時也能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢。對于鑲塊式微模具，其模架材料多選擇優(yōu)質(zhì)模具鋼，可以根據(jù)注塑機尺寸選定標準模架再加工，在模架上通常設(shè)置有熱流道、澆口、冷水道、真空排氣槽、頂出塑件機構(gòu)等。模架上不含要復(fù)制的微細結(jié)構(gòu)，采用機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)加工方法可以實現(xiàn)微成型模具部分零部件的加工，但難以加工具有微細三維結(jié)構(gòu)的成型零件，而微細加工技術(shù)為微成型模具微細結(jié)構(gòu)的加工提供了條件。微細加工技術(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)展起來的微細特種加工技術(shù)，如微細電火花加工、微細電化學加工、微細高能束加工、微細電鑄加工、水射流微細切割技術(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，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。對于微型腔的加工目前主要采用微機械加工技術(shù)、微細特種加工技術(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)計和制造幾種策略和具體方法，對目前的微模具組成、微型芯加工方法及優(yōu)缺點進行了歸納總結(jié)，對微模具設(shè)計要點進行了分析。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，同時也能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢。微注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求與常規(guī)注塑模具有諸多不同，重點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方面。

第6篇：微納光學技術(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

塔河某區(qū)塊底水油藏井網(wǎng)調(diào)整研究

凝析氣頂油藏剩余油分布模式及挖潛對策——以讓納若爾油田A南和5南層系為例

低滲透復(fù)雜斷塊油藏高含水期提高采收率技術(shù)研究

庫車坳陷大北地區(qū)白堊系裂縫及產(chǎn)能特征

巴喀油田八道灣組低滲透砂巖儲層特征研究

吳倉堡油田長9油藏特征及開發(fā)對策

常規(guī)測井結(jié)合波阻抗反演識別火成巖

中低滲油藏三元復(fù)合驅(qū)井網(wǎng)優(yōu)化

川西氣田氣井管柱選材研究

川中侏羅系涼高山組油藏儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

油氣儲層建模技術(shù)的發(fā)展趨勢

地震反演技術(shù)在西秋區(qū)塊的應(yīng)用

尕斯油田納米聚硅增注實驗研究

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

克拉美麗氣田天然氣成因及成藏規(guī)律研究

控制底水分段完井的產(chǎn)能預(yù)測模型

埋地燃氣管道犧牲陽極陰極保護法的改進

平面非均質(zhì)性對面積波及系數(shù)的影響

強水敏砂巖油藏水驅(qū)油相對滲透率曲線異常分析

深水無隔水管鉆井套管下入力學影響因素分析

水平井中心油管完井技術(shù)研究

水平氣井不穩(wěn)定滲流數(shù)學模型的格林函數(shù)求解方法

傾斜大管徑擬單相流氣井井底流壓計算

水文地質(zhì)條件對煤層氣富集的影響

氣井清防鹽垢工藝技術(shù)探討

潿洲11—1E油田地層原油合理黏度的確定方法

懸浮乳液鉆井液在S14P3井中的應(yīng)用

加入纖維影響支撐劑導(dǎo)流能力的實驗研究

氣井井筒積液及其高度研究

有水氣井井下墊片攜液實驗設(shè)計研究

微電解法處理壓裂返排液的研究

高溫高鹽混合堵水劑的室內(nèi)研究

反九點井網(wǎng)合理井距評價方法

煤層氣儲層保護鉆完井工藝技術(shù)探討

Mg—Sr—Y中間合金對AZ31鎂合金鑄態(tài)組織的影響

溶膠-凝膠法制備摻鑭鈦酸鋇薄膜及其光學性質(zhì)研究

溶膠-凝膠法制備BZT薄膜的介電性能研究

1，3-丙二醇化學合成新方法研究進展

Cd、Pb對淮河流域沉積物的污染及植物修復(fù)可行性研究

威鋼釩鈦燒結(jié)試驗研究

基于三維特征建模的液壓機CAD系統(tǒng)

一種新型雙閉環(huán)三相PWM整流器的仿真研究

結(jié)構(gòu)光編碼的動態(tài)程序設(shè)計

生成樹協(xié)議的算法分析

基于Agent的高效無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由算法

車載自組網(wǎng)安全信息傳輸MAC協(xié)議研究

聲波測井數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)改進方法

Ecl—POLYMER模塊用于海上聚合物驅(qū)數(shù)值模擬的探討

多隊列共享內(nèi)存空間算法研究

基于啟發(fā)式搜索的主題策略研究

基于云計算的電子商務(wù)應(yīng)用與實現(xiàn)

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

彈簧等效質(zhì)量系數(shù)的不確定度研究

熱松弛時間對雙曲型熱傳導(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：微納光學技術(shù)與應(yīng)用范文

0～10

9L之間調(diào)控點樣體積。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樣系統(tǒng)。對點樣系統(tǒng)的點樣體積、點樣密度、點樣精度等參數(shù)進行了測試，結(jié)果表明，此點樣系統(tǒng)的最小點樣體積可達320pL，點樣密度可達4000點/cm2，并能夠?qū)崿F(xiàn)界面圖案化制備。

關(guān)鍵詞壓電振蕩；微陣列點樣儀；玻璃毛細管點樣針；圖案化制備

1引言

微陣列生物芯片技術(shù)是將生物學、化學、物理學、光學、微電子學和計算機學高度結(jié)合形成的一項交叉技術(shù)。它成功地實現(xiàn)了生物信息的大規(guī)模集成以及生物實驗從串行過程向并行過程的轉(zhuǎn)變，大大加快了生命科學研究的過程。微陣列生物芯片技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于生物組學研究、臨床診斷、藥物篩選、微生物檢測等領(lǐng)域[1～5]。合成后點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，然后將待測的生物樣品與標記的已知生物樣品進行雜交反應(yīng)。按照點樣針是否與芯片基底接觸將微陣列生物芯片的點樣方式分為接觸式（Contact）和非接觸式（Noncontact）兩種。接觸式點樣方式的點樣針尖端的液體與芯片基底直接接觸，通過毛細作用形成陣列點。接觸式點樣能夠獲得高密度點陣，且c樣量小（通常為pL級），但定量分析準確性及重現(xiàn)性較差，且因存在交叉污染而不能重復(fù)點樣[6～9]。非接觸式點樣方式主要有兩種：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)工作實現(xiàn)非接觸式的定量點樣，此方式一般需要預(yù)增壓和預(yù)點樣過程，使點樣液滴體積達到穩(wěn)定，操作比較復(fù)雜，最小點樣量可以達到10

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

1L，具有定量分析準確、重現(xiàn)性好等優(yōu)勢。但由于壓電驅(qū)動元件和點樣針集成在一起，當點樣針發(fā)生堵塞等問題時不易清洗，且點樣頭造價昂貴[10～13]。

針對目前非接觸點樣方式存在的不足，本研究采用了一種毛細管點樣針與壓電驅(qū)動裝置分離的以壓電振蕩為驅(qū)動力的非接觸式點樣方式，應(yīng)用于微陣列芯片制作。由于采用了分離設(shè)計，可以單獨對毛細管點樣針進行更換和清洗，避免了壓電噴墨點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)控點樣體積，優(yōu)于傳統(tǒng)的基于電磁微閥原理的點樣方式。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實驗部分

2.1儀器與試劑

P2000激光拉制機、BV10磨針儀、B10058玻璃管（美國Sutter公司）；PhenomPro臺式掃描電子顯微鏡（復(fù)納科學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）；有機染料Cy3和Cy5（美國Sigma公司）；使用含30%甘油的水溶液為點樣液。

2.2壓電振蕩點樣原理及點樣頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過壓電陶瓷控制器對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，即壓電振蕩。這種振動會對毛細管點樣針尖端內(nèi)的液體產(chǎn)生軸向加速運動，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，在點樣針尖端噴出微小液滴（圖1）[14]。點樣液的物理性質(zhì)（粘度、密度、表面張力）、點樣針尖端內(nèi)徑、壓電陶瓷的驅(qū)動電壓、驅(qū)動頻率等參數(shù)都會對點樣過程造成影響。韋伯數(shù)（We，無量綱參數(shù)）可用于判定液滴能否從點樣針尖端成功脫落[15]：

12

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

2.3毛細管點樣針制備

采用激光拉制法將一根硼硅酸鹽毛細玻璃管拉成兩段，以獲得毛細管點樣針。硼硅酸鹽玻璃不僅具有良好的微加工性能和化學穩(wěn)定性，而且成本較低。利用激光對硼硅酸鹽毛細玻璃管進行局部加熱，以消散其內(nèi)應(yīng)力。當玻璃管被加熱部分接近或達到熔融狀態(tài)時，在表面張力的作用下，玻璃沿毛細管軸向均勻收縮，此時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)腔呈圓錐狀的毛細管點樣針（圖2A）。對所拉制的毛細管點樣針尖端進行垂直研磨拋光，

使其形成幾何對稱、端口平整、內(nèi)徑在μm量級的噴嘴結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于微陣列生物芯片點樣。如圖2B所示，制作的毛細管點樣針尖端平整，管壁均勻。使用硅烷化試劑處理研磨后的毛細管點樣針，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，減少溶液的流動阻力，有利于液體的噴射，同時避免了在噴嘴口處產(chǎn)生樣品“流掛”現(xiàn)象[16]。

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

以壓電振蕩驅(qū)動的點樣頭為基礎(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，便于實驗的觀察與操作。三維位移平臺選用直角坐標式結(jié)構(gòu)，含有3個彼此獨立的運動單元，運動方向相互垂直，構(gòu)成三維運動空間（圖3B）。直角坐標式位移平臺的機械系統(tǒng)較為穩(wěn)定，在工作過程中振動較小。

2.5軟件設(shè)計

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

3結(jié)果與討論

3.1點樣體積測試

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

設(shè)置不同的驅(qū)動電壓，每種驅(qū)動電壓點樣10000次，收集10000個液滴并稱重得到其質(zhì)量，通過與密度值進行換算即可得到10000個液滴的體積，進而得到單個液滴的體積。在每種點樣參數(shù)下，點樣液滴體積的測量均采用測量5次取平均值的方法，得到的單點體積與驅(qū)動電壓的關(guān)系如圖4所示。在驅(qū)動電壓為20V時，獲得最小點樣體積320pL；當驅(qū)動電壓低于20V時，點樣針尖端內(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；當驅(qū)動電壓>20V時，隨著驅(qū)動電壓的增大，液體獲得的慣性力增大，點樣體積也隨之增大。

3.2點樣密度測試

選用內(nèi)徑20μm的毛細管點樣針測試儀器系統(tǒng)的點樣密度。在驅(qū)動電壓25V、頻率2Hz、點間距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樣方式下所獲得的微陣列（單點直徑約100μm），優(yōu)于其在非接觸點樣方式下所獲得的實驗結(jié)果（單點直徑

Symbol～200μm）。微陣列點陣密度達到4000點/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精度測試

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

SymbolqB@8）μm；其中紅色染料（Cy5）信號平均值為1957

SymbolqB@63，綠色染料（Cy3）信號平均值為460

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

3.4圖案化制備

為進一步考察儀器系統(tǒng)的性能，選用內(nèi)徑40μm的毛細管點樣針，在驅(qū)動電壓40V、頻率2Hz、點樣間距260μm、1次點樣的點樣參數(shù)下制備離散圖案；在驅(qū)動電壓80V、頻率2Hz、點樣間距120μm、2次重復(fù)點樣的點樣參數(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)目標圖案的制備，對目標圖案的形狀和大小沒有要求。此實驗結(jié)果表明，所研制的基于壓電振蕩原理的微陣列點樣系統(tǒng)具有優(yōu)良的點樣精度，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

分析了毛細管尖端液滴形成的條件，采用微加工方法制備了毛細管點樣針，并設(shè)計了一種新型非接觸式點樣結(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樣系統(tǒng)。此點樣系統(tǒng)使用毛細玻璃管作為點樣針，極大地降低了微陣列生物芯片的點樣成本，并且點樣針與壓電驅(qū)動裝置為獨立單元，可以單獨對毛細管點樣針進行更換和清洗。點樣體積、點樣密度、點樣精度、圖案化制備等實驗結(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)連接一個質(zhì)量塊，并將質(zhì)量塊作為一個敏感質(zhì)量和可動電極，根據(jù)牛頓第一定律，當所受的加速度達到一個預(yù)定閥值時，質(zhì)量塊受力作用，克服彈性恢復(fù)力，發(fā)生位移達到一個預(yù)設(shè)位置，并與一個定電極接觸，從而觸發(fā)電信號，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)對于工藝容差要求嚴格，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)測量閾值單一，難以實現(xiàn)智能化集成。另一類開關(guān)是動態(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力共同作用。加速度閾值通過動態(tài)方程計算分析確定，因而這種開關(guān)具有動態(tài)信號的測量能力。

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)的保險功能要求，加速度開關(guān)應(yīng)具備體積小、機械接觸可靠、允許通過電流大、精度較高等特點。傳統(tǒng)的加速度開關(guān)采用精密機械加工，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。隨著微機械加工技術(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，構(gòu)成對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，反向加速度閥門關(guān)閉使水銀不流動。在硅基板上刻蝕出水銀儲放腔體、水銀微通道和氣體微通道，保留通道壁突臺和腔體外框突臺。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。當載體的加速度為-am

當載體發(fā)生正向加速度g≤a≤10g時，閥門開啟。水銀所受慣性力和水銀腔表面張力的驅(qū)動，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，使水銀觸點發(fā)生運動。系統(tǒng)處于載體慣性力、流體慣性力、表面張力和流動粘性力的動態(tài)多力平衡狀態(tài)。當載體加速度達到10g時，水銀觸點恰好到達接通電極的位置，使開關(guān)閉合。由于該多力平衡系統(tǒng)具有極強的鎮(zhèn)定性，即使當載體加速度時，觸點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，精準的觸點結(jié)構(gòu)設(shè)計可保證開關(guān)在準確的位置斷開。然后，在加速度由9.9g降至或低于1g的過程中，出于觸點斷開、閥門開啟狀態(tài)。當加速度繼續(xù)降低時，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)對微流體的影響

當流道和型腔特征尺寸小于1mm時[3]，支配流體流動的物理環(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特性對微納零件的制造與微機械裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計十分重要。在有關(guān)微流體流動行為的研究中，J.Pfahler[4]等?？疾炝肆黧w在硅材料矩形微流道中的運動特性。以丙醇（N-Propanol）為實驗流體，矩形截面尺寸寬×高分別為135×53，100×1.7，100×0.8的微流道所作的實驗結(jié)果表明：在截面尺寸相對較大的微流道中流體的運動規(guī)律與Navier-Stokes方程式相吻合;而當矩形截面流道深度H降至0.8時，試驗結(jié)果偏離Navier-Stokes方程的計算結(jié)果。李勇[5]等以微圓管為對象，研究了用Navier-Stokes方程描述微流體運動特性的適用性。結(jié)果表明，對于運動粘度為2.6×10-6m2/s的硅油，當圓管直徑降至4.5時，Navier-Stokes方程不再適用;對于管徑為11.2的流道，當流體的運動粘度為4.3×10-4m2/s時，流量與壓力損失仍呈比例關(guān)系。江小寧[6]等研制了一套測量微尺度流動流量的系統(tǒng)，并測量了管徑為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，且實驗結(jié)果與Navier-Stokes方程式的描述十分接近。

在微流體流動過程中，由于微尺度效應(yīng)作用，表面力作用增強，粘性力遠遠超過慣性力，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 硅基微機械加工技術(shù)

硅基微機械加工技術(shù)[7]包括體微機械加工技術(shù)、表面微機械加工技術(shù)、以及復(fù)合微機械加工技術(shù)等。體微機械加工技術(shù)是將整塊材料如單晶硅基片加工成微機械結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝。通常，機械結(jié)構(gòu)的形成要經(jīng)歷選擇摻雜和結(jié)晶濕化學腐蝕兩道工序。和微電子生產(chǎn)中的亞微米光刻工藝比較，這些工藝尺度相對大而粗糙，線度變化在幾微米到幾百微米之間。通過機械結(jié)構(gòu)的干化學腐蝕將單晶硅做成零部件也可使體微機械加工具備更好的尺度控制。體微機械加工的一個主要優(yōu)點是它可以相對容易地制造出大質(zhì)量的零部件，缺點是它很難制造精細靈敏的懸掛系統(tǒng)。另外，由于體微機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)來制造微機械裝置。標準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，形成一個復(fù)雜的加工層，然后再對這個加工層進行光刻摹制，最后用氫氟酸對氧化硅進行蝕刻顯影。多次重復(fù)這一標準工藝流程就可完成表面微機械加工。利用這種加工技術(shù)生產(chǎn)的微機械裝置一般包括一層用作電連結(jié)的多晶硅層，一層或更多的機加工多晶硅層，它們形成各種機械部件，如懸臂梁、彈簧和聯(lián)動桿等等。由于整個工藝都基于集成電路制造技術(shù)，因此可以在單個直徑為幾英寸的單晶硅基片上批量生成數(shù)百個微型裝置。表面微機械加工技術(shù)的主要優(yōu)點是，它充分利用了現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，對機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，但是它同時也限制了表面加工，它制造的機械結(jié)構(gòu)基本上都是二維的，因為機械結(jié)構(gòu)的厚度完全受限于沉積薄膜的厚度。

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

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，運用標準的CMOS工藝制作界面和信號處理電路（圖3.1（c））;電介質(zhì)清除，運用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)形成微結(jié)構(gòu)，運用氫氟酸刻蝕氧化層（圖3.1（d））。

圖3.1 微加速度計制作工藝流程

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、極好的物理化學穩(wěn)定性等特點，利用SiC材料制成的微通道在高溫、高頻、強腐蝕性應(yīng)用環(huán)境如微噴或者微發(fā)動機等應(yīng)用場合有著得天獨厚的優(yōu)勢。SiC材料可以在Si襯底上淀積生長，大面積SiC可以相對容易地獲得，且價格低廉。

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)的制作方法是對玻璃和Si芯片進行刻蝕，并在此基礎(chǔ)上通過鍵合制成成品。這類方法需要對玻璃或Si芯片進行鍵合密封等復(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，凹槽之間留出臺面，凹槽尺寸及其在襯底片上的排布根據(jù)設(shè)計需要而定;采用化學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，反應(yīng)氣體同時在臺面和凹槽壁面反應(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面的慢很多。SiC材料沿垂直臺面方向縱向生長，在縱向生長的同時，也進行橫向生長，隨著生長進度，相鄰臺面的橫向生長區(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)流體力學基本原理建立了基本數(shù)學模型，并進行模擬。最終目標是實現(xiàn)抗高過載的低量程，接觸性好的加速度開關(guān)。

參考文獻

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[2]陳光焱，何曉平，施志貴等.準LIGA微加速度開關(guān)的研制[J].微納電子技術(shù)，2003（8）：0312.

[3]蔣炳炎，謝磊，譚險峰等.流道截面形狀對微流體流動性能的影響[J].中南大學學報（自然科學版），2006， 37（5）：0964-06.

[4]PFAHLER J，HARLEY J，BAU H.Liquid transport in micron and submicron channels[J].Sensors and Actuators，1990，22（1/3）：431-434.

[5]李勇，江小寧，周兆英等.微管道流體的流動特性[J].中國機械工程，1994，5（3）：24-25.

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第9篇：微納光學技術(shù)與應(yīng)用范文

英國布里斯托爾大學有這樣一個地方，出入口有嚴格的門禁系統(tǒng)。墻壁和地板足有兩米厚，由堅固沙石為原料的鋼筋混凝土澆注而成。通風管道會自動閉合，甚至連手機信號也不可能“偷溜”進來。這個地方的安全措施堪比銀行的金庫，但是這里儲藏的不是黃金和鈔票，而是鉆石。這個地方就是布里斯托爾大學納米科學及量子信息中心(Centre for Nanoscience andQuantum Information)的一個科學實驗室。

在這個“神秘”實驗室中儲藏的每一粒鉆石的大小，都比一?；覊m還要小。這類大小的鉆石對銀行家們沒有絲毫的吸引力，但是它們卻正在成為物理學家們的至愛。

還不僅僅是鉆石，金、銀也越來越受實驗室中科學家們的青睞，這些材料在近一個世紀以來，被公認為具有最高的硬度、光澤度和耐腐蝕性，但是現(xiàn)在，科學家以及開始嘗試將它們縮小到納米級，發(fā)展出其他具有價值的特性，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

納米世界是一個蘊含著巨額財富的世界，這也是為什么布里斯托爾大學實驗室建造得如此堅固的原因。在這里，物理學家尼爾??？怂?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，試驗非常的敏感，哪怕最輕微的震動都有可能導(dǎo)致試驗失敗。

?？怂沟脑囼?zāi)繕耸菍⑦@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發(fā)射電子的特性，而極薄的鉆石在這點上表現(xiàn)的最突出。?？怂褂媱澥褂靡粋€反射盤將太陽光集中到一個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近百微米的真空層，當太陽光照射在外層薄膜上時，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。

?？怂贡硎尽＿@項技術(shù)還可以脫離對太陽的依賴，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，?？怂贡仨毷紫葘囋又踩脬@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。當鉆石薄膜熱量非常高時，鋰原子將慢慢滲入，但是最后這些電子會成團并失效?，F(xiàn)在，?？怂挂呀?jīng)將注意力轉(zhuǎn)到了鋰離子上，他相信鋰離子在整個結(jié)構(gòu)中更容易擴散，“讓所有事情都達到我們的要求，確實需要更多的嘗試?！?/p>

納米鉆石也許還將成為微芯片中硅元素電路的替代者，美國國防部高級研究規(guī)劃局(US Defense Advanced Research Proiects Agency，DARPA)正在領(lǐng)導(dǎo)該項目的研究。該研究旨在用以鉆石為材料的精微機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，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驗室(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與工程研究實驗室之一。

超微晶納米鉆石材料吸引許多科學家的最大原因在于具有超平整的表面機構(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、強化表面鍍膜、紅外線玻璃、微機電元件(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@石確實是一種非常特殊的材料?！比鸬錇跗账_拉大學的工程師簡?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中的應(yīng)用。

美國國防部高級研究規(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家們拿來進行更多科學嘗試，當有一天，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?？梢酝耆娲娮?。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隊使用等離子體激元在黃金電線上傳送寬帶光信號，從而實現(xiàn)了計算機芯片之間傳輸數(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)的終極目標是，自發(fā)光并執(zhí)行每一個微芯片的操作?，F(xiàn)在該目標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行自由轉(zhuǎn)換。

今年年初，一個由中國和美國的物理學家組成的科學團隊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)，一些物理學家據(jù)此認為，spaser也許將成為未來光學計算機的基礎(chǔ)。

工程師們使用鉆石、金、銀這些“閃亮”物質(zhì)構(gòu)建光學計算機還需要很長時間，而在這個過程中。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。這項技術(shù)可以用光譜學的方法來分析細胞化學，從而在醫(yī)療診斷學中發(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)。“這是一個目前才剛剛起步的、未來發(fā)展空間非常大的研究領(lǐng)域?！泵绹鞅贝髮W從事納米技術(shù)研究的泰瑞?歐多姆(Teri Odom)表示。

當然，如何將前沿技術(shù)與市場相結(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品中，給消費者帶來切身的體驗。目前非常時髦的小設(shè)備，比如手機和音樂播放器，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?！币晾Z伊大學烏爾班納一香檳分校的材料科學家珍妮弗?路易斯(JenniferLewis)表示。