电渗驱动纳米压印聚合物流变填充机理研究

电渗驱动纳米压印是一种新型的纳米压印工艺,它在大面积纳米压印、高深宽比微纳结构制造,尤其是在易碎衬底大面积图形化方面具有非常突出的潜能和优势.但是,电渗驱动纳米压印不同于现有的"压力驱动"纳米压印和"电毛细力驱动"纳米压印,已有的纳米压印聚合物流变填充基础理论和相关研究结果不再适用.本文开展了电渗驱动纳米压印聚合物流变填充机理、影响因素和规律的研究.基于微流体电渗驱动原理,建立了电渗驱动纳米压印驱动力体积力、填充速度以及填充时间的理论模型.利用COMSOL Multiphysics多物理场模拟软件,揭示了液态聚合物在模具型腔动态填充的过程,工艺参数、模具几何特征、聚合物材料特性等因素对于纳米压印流变填充的影响及其规律.本研究为电渗驱动纳米压印技术奠定了理论基础,并为电渗驱动纳米压印工艺优化和和压印装备开发与性能的改进提供了重要理论支撑和方向性指导.     

大面纳米积压印揭开式脱模建模与模拟

大面积纳米压印是一种高效、低成本和批量化制造大面积微纳米结构的方法,已经被看作最具有工业化应用前景的微纳米制造方法之一.脱模是当前大面积纳米压印所面临的最大挑战性问题,是制约大尺寸晶圆级纳米压印进入工业化应用最大的瓶颈.＂揭开＂式脱模已经被认为是实现大面积纳米压印最为有效的一种脱模方法,本文开展了大面积纳米压印揭开式脱模理论建模和数值模拟的研究.基于应变能法,并结合脱模过程中能量的守恒,建立了＂揭开＂式脱模预估脱模力理论模型.以光栅图形垂直式脱模为例,建立了目前工业界广泛采用的气体辅助揭开式脱模在脱模过程中所需气压脱模力理论模型.利用ABAQUS工程模拟软件,揭示了模具材料特性、特征图形几何参数对于＂揭开＂式脱模影响规律.该研究为大面积纳米压印工艺奠定重要理论基础,并为晶圆级纳米压印工艺优化和压印装备开发与性能的改进提供理论基础和方向性指导.     

稀土纳米晶合成研究：从溶液化学到晶体生长

稀土化合物纳米晶体由于其独特的4f电子结构，具有优异的光学、磁学、催化等性质．随着纳米晶体液相合成方法的逐渐完善与成熟，稀土化合物纳米晶体的溶液合成方法在近年来也得到了长足的发展．本文首先概述稀土化合物纳米晶体的研究背景，并从晶体生长的角度总结了目前较为成熟的纳米晶体溶液相合成的模型与理论，进而从合成化学的角度阐述了近年来在稀土化合物纳米晶体油相合成中，尺寸、形貌、相态控制等方面的主要进展，并对稀土纳米晶体合成中的一些共性问题进行了比较与归纳，提出了今后可能的研究发展方向．     

非饱和土中功的表述以及有效应力与相分离原理的讨论

基于多相孔隙介质理论的质量、线动量、能量平衡方程和非饱和土力学的假定，推导出总变形功W的一种表达式。在总变形功的具体方程基础上给出了建议与土骨架位移在功上对偶的有效应力表达式．它和Wheeler（2003年）以及其他一些研究者根据直觉和经验给出的有效应力具有相同的形式，但本文给出的有效应力是从多相孔隙介质理论的基本原理出发，经推演而得到的，具有坚实的理论基础和科学依据。文中根据总变形功的具体表达式，指出非饱和土的物理力学性质复杂，其影响因素较多，其固体骨架的变形不可能像饱和土那样由有效应力唯一确定。另外，利用总变形功的表达式以及各相自由能A^a的关系式，论证并得出了Passman（1984年）给出的相分离原理不严格适用于非饱和土的结论。     

岩石节理法向加载非线性变形本构模型研究

鉴于节理法向变形的经典指数模型和双曲线（BB）模型的中应力水平加载阶段变形与部分试验结果存在偏离的不足，采用柔度变形法建立了节理法向加载非线性变形的新本构模型．讨论了节理在法向单调加载条件下变形基本规律，提出了完备的节理法向本构方程应满足的3个基本条件．分析指出基于应力变形坐标系的节理法向本构改进模型：统一指数模型和改进双曲线模型在数学上均是不完备的．选择柔度变形（Cn-u）坐标下介于双曲线和经典指数2种传统模型之间的单调递减柔度变形曲线，使其满足法向变形基本条件，建立了节理法向变形本构三参数模型．分析柔度变形曲线存在的两类主要形式，推导了节理法向变形g-δ本构模型和g-λ构模型的具体数学表达形式，并初步分析了模型参数的取值范围及其相关地质影响因素．引用已有不同岩石节理法向变形试验数据，对2种本构模型验证分析表明：g-λ型既可以适用于耦合节理法向变形又适用于非耦合节理法向变形，同时提出的节理法向变形譬．碳型较BB模型、经典指数模型及对数模型能更好地与试验结果吻合．     

基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵平台关键技术

在分析介电泳的微纳米生物粒子操纵研究现状和存在问题基础上，研究了基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵的理论基础和建模仿真，给出了光诱导介电泳芯片在空间电场分布和不同高度介电泳力分布关系．在此基础上进行微操纵系统的核心部件——光电导层芯片的选材、制作工艺和性能分析测试，给出了悬浮液层分压和有效电压频谱关系图．最后，组合机器视觉检测与实时跟踪子系统，构建了基于光诱导介电泳的微纳米生物粒子操纵实验平台，完成了对微纳米生物粒子快速聚集、输运、分离等操纵实验，为建立以微流控芯片为基础的重大疾病的快速、准确、低成本的检测和早期诊断提供了基础．     

基体开裂对黏弹性层合圆柱壳延迟失稳的影响

研究了基体蠕变开裂对黏弹性层合圆柱壳的前屈曲变形特征和分岔蠕变屈曲的影响．采用Schapery的耦合基体开裂的积分型本构关系描述铺设单层的力学行为，由细观力学方法将损伤变量值与基体裂纹密度相关联，并建立基体裂纹密度演化与拉伸应力的幂型关系．基于Donnell型扁壳理论和Karman．Donnell几何非线性关系得到黏弹性层合圆柱壳在轴向压缩下的前屈曲变形与分岔屈曲控制方程，综合应用有限差分、三角级数展开以及Taylor的卷积积分数值递规算法求解问题．针对多组几何参数、损伤演化参数以及两端边界条件，分析对称铺设玻璃纤维／环氧复合材料圆柱壳在耦合基体蠕变开裂时的分岔蠕变屈曲行为．数值结果表明：基体横向开裂损伤显著降低了短圆柱壳分岔蠕变失稳的临界时间和持久临界荷载，但这种影响随着圆柱壳径厚比的增加而减弱直至消失，对中长圆柱壳，损伤效应与圆柱壳两端的边界条件有关．     

基于纳米粒子的超声速流动成像

由于超声速流动受到可压缩性、激波、不稳定性以及湍流等因素的影响, 现有流动显示与成像技术在流场结构的高时空分辨率和高信噪比测量中存在一定的问题. 为此, 本文提出了基于纳米粒子的平面激光散射技术（NPLS）, 该技术以纳米粒子作为示踪粒子, 以脉冲平面激光作为光源, 通过CCD记录流场中的粒子图像实现超声速流动的高分辨率成像. 根据多相流体动力学理论和斜激波校准实验研究了纳米粒子在超声速流动中的跟随性问题. 根据光散射理论深入分析了影响纳米粒子散射光强的各种因素. 理论和实验研究结果表明, 纳米粒子的动力学行为和光散射特性大大提高了NPLS技术的时空分辨率和信噪比, 能够再现激波、膨胀波、马赫盘、边界层、滑移线和混合层共存的精细流场结构.     

填料粒径对各向同性导电胶渗滤阈值的影响

采用反向微乳液法，通过调节微乳液体系中表面活性剂十六烷基三甲基溴化氨（CTAB）的浓度，制备了粒径范围在10～200nm的Ag纳米粒子．XRD和TEM对不同粒径的纳米粒子进行表征．以这些不同粒径的Ag纳米粒子作为各向同性导电胶的导电填料，发现对于不同粒径的Ag粒子填料，导电胶电阻率的阈值填充量是不同的．当填料粒径为50nm时，导电胶出现的最小阈值填充量为63wt％，理论计算结果与这一实验结果符合得很好．     

辊压板式复合楔横轧精成形机

首先分析了辊式楔横轧机刚度好，但扇形模具加工困难，板式楔横轧机刚度差、占地面积大，但平板模具加工容易，而且两者都不宜加工较大工件．据此分析结论，提出了辊压板式复合楔横轧机的力学原理，进而提出了复合楔横轧机的设计原理和整机设计．在上下滑动压板的上方和下方分别设有上下压辊，压辊与滑动压板滚动接触，平板模具是嵌装在上下滑动压板中，而且成形过程中上下压辊的中心线与轧件的中心线始终在同一垂直面内，这既保留了辊式楔横轧机刚度好和板式楔横轧机模具加工简单的优点，又克服了板式楔横轧机刚度差和辊式楔横轧扇形模具加工复杂的缺点，而且能轧制较大工件．     

纳米光刻技术现状与进展

随着纳米加工技术的发展，纳米结构器件必将成为未来集成电路的基础。纳米光刻技术是制作纳米结构的基础，具有重要的应用前景。文章介绍了几种极有潜力的下一代纳米光刻技术，包括极紫外光刻技术、电子束光刻技术、纳米压印光刻技术的新途径、发展现状和关键问题，最后讨论了纳米光刻技术的应用前景。     

纳米切削机理及其研究进展

纳米切削技术具有广阔的应用前景,是纳米精度加工,尤其是纳米精度复杂面型加工的重要手段,对整个先进制造业的发展起着重要的支撑作用.建立完整成熟的纳米切削基础理论进而发展高效率、低损伤的可控纳米切削技术是未来先进制造业发展的迫切需求.本文从纳米切削机理研究的常用手段、纳米切削模型、切削极限以及典型材料纳米切削理论及其关键技术等方面,综述了该领域的国内外研究现状及主要成果,并简要介绍了本项目组所开展的相关研究工作.最后对纳米切削机理研究存在的挑战进行了总结和展望.     

X型超轻点阵结构芯体（Ⅱ）：细观力学建模与结构分析

针对X型超轻点阵结构芯体，首先引入均匀化等效理论，进行均匀化等效处理，然后采用等效芯体的有限元计算模型预测X型结构夹层板的静态力学行为，包括其压缩、剪切弹性模量和峰值强度，从理论和数值模拟上进一步证明了X型结构在静态力学性能上较金字塔结构具有性能优势．结合实验结果和三维实体有限元模型对比分析表明，均匀化等效理论预测与三维有限元计算结果吻合较好，误差不到10％．     

微结构对中碳马氏体钢纳米硬度分布的影响

利用纳米力学探针对传统的淬火-回火中碳马氏体钢的微观硬度分布进行了评价. 在1000 mN载荷下, 硬度的标准偏差与平均值之比为15.4%, 而在9.8 N下的维氏硬度该比值为1.5%. 结合电子背散射分析和扫描电子显微镜观察表明, 纳米硬度值的分散并非主要来源于马氏体板条的晶体取向, 而是由于在亚微米尺度上微结构(如渗碳体的分布)的不均匀造成的. 对具有不同取向的钨单晶(001), (101)和(111)的纳米力学探针测量表明, 晶体取向造成的纳米硬度值分散性很小. 对另一种具有相同化学成分但经过热轧变形导致渗碳体分布更加细小而均匀的马氏体钢的纳米力学探针测量表明, 其纳米硬度值分散性比传统的马氏体钢要小得多. 这两个结果都进一步佐证了上述结论.     

一种新型Pd纳米团簇/TiO_2纳米管复合结构氢传感器的室温氢敏特性研究

将TiO_2纳米管和Pd纳米团簇相复合,用金属Ag作电极,制备出一种新型Pd纳米团簇/TiO_2纳米管复合结构氢传感器,采用SEM对复合结构的微结构进行表征,分析表明Pd纳米团簇孤立地沉积在TiO_2纳米管的管口顶端,XRD对复合材料的晶型分析表明,经过500℃的退火处理,无定型的TiO_2已经转变为锐钛矿和金红石晶型,在室温下,这种复合结构的氢气传感器对不同浓度的氢气具有优异的响应性能,在8000 ppm的氢气浓度下,传感器的响应时间为3.8s,灵敏度为92.05%,利用TiO_2纳米管的表面结构和金属Pd团簇的复合结构特性,可以制备得到在室温下具有响应时间短、灵敏度高等特点的氢气传感器.     

中国纳米科技现状分析与思考

纳米科技因其技术含量高、涉及范围广而引起各国的重视。我国在纳米科技的研发中投入了大量的人力、物力，但由于在科技改革体制中还存在一些问题，以及人们对纳米科技理解的片面性，影响了纳米科技的发展。为了实现纳米科技的可持续发展，我们对中国纳米科技的现状进行了分析与思考。     

Sn/In/Ti纳米复合氧化物对可燃和有毒气体敏感特性研究

采用可控溶胶-共沉淀法合成了二元Sn／In和三元Sn／In／Ti纳米复合氧化物作为半导体CO，NO2和CH4传感器的敏感材料．通过优化可控制备参数研制出化学均一、高热稳定的纳米晶体复合氧化物．利用各种分析方法表征了纳米粉体的物性和结构，并对CO，CH4和NO2的气敏特性进行了考察．实验结果表明，所研制的二元纳米气敏材料对CO有高灵敏度和选择性，引入适量TiO2提高了对CH4的灵敏度和选择性，经少量金属元素掺杂和氧化物添加后气敏性质有大幅度提高．研究了复合物组成，先驱物焙烧温度及气敏操作温度和待测气体浓度对灵敏度的影响．其优化条件为金属盐总浓度0．05mol／L，金属阳离子比Sn^4＋：In^3＋为40％（摩尔分数）的纳米复合物在600℃时焙烧6h，则在150℃～250℃之间对CO和NO2有较高灵敏度，在气敏条件下以程序升温吸脱附实验研究了复合物表面的吸脱附行为，X射线光电子能谱分析证实复合物组分间存在着电子和化学的协同效应，气敏机理为表面吸附控制型．     

温度对超塑性拉伸稳定变形影响的力学解析

从应力为应变、应变速率和温度的函数的状态方程出发, 导出包含应变硬化指数、应变速率敏感性指数和本文引入的温度敏感性指数、温度起伏指数, 建立了分析超塑性拉伸载荷稳定变形的微分本构方程和几何稳定变形的变分本构方程, 并根据塑性基本理论的普适条件, 进行了温度连续上升条件下和沿试样轴线存在温度不均匀条件下的载荷稳定变形和几何稳定变形的理论分析. 结果表明温度连续上升的快慢和温度的不均匀的大小对稳定变形有影响, 温度上升越快, 温度越不均匀, 载荷稳定和几何稳定所对应的均匀应变越小; 应变硬化效应是超塑性拉伸变形稳定性的必要条件, 在载荷失稳时并不同时产生几何失稳, 而是能持续一段均匀变形才出现; 在超塑性温度区, 恒温不是呈现超塑性的必要条件, 但是在变形过程中温度上升的越慢, 温度越均匀, 变形的稳定性越好.     

纳米压印加工技术发展综述

纳米技术是一项有望为21世纪人类生活的各个方面带来革命的技术。纳米技术不是在一夜之间产生出来的；它是在业已发展多年的、为我们带来了微芯片和其它微米产品的基础上产生的。任何纳米技术均依赖通过纳米加工技术将物体加工至纳米尺度。许多具有100纳米以下加工能力的技术已被开发出来。纳米压印技术就是其中的一项很有希望的技术；它具有低成本、高产量和高分辨率的特点。本文对纳米压印技术的发展进行了综述，描述了纳米压印的基本原理，然后对近年的新进展进行了介绍，并特别强调了纳米压印的产业化问题。我们希望这篇综述能够引起国内工业界和学术界的关注，并致力于在中国发展纳米压印技术。     

银纳米流体横掠微针肋热沉流动和传热特性分析

采用单步化学湿法（超声膜扩散法）制备出了3种体积分数的水基银纳米流体，实验研究了纳米流体横掠新型水滴形微针肋热沉的流动和传热特性．结果表明：不同体积分数下的纳米流体压降差别很小；相同体积流量下，与基液比较，纳米流体进出口压降略有增加，但增加并不明显；与纯水相比，由于表面活性剂的引入增加了流体粘度，相同流量下，纳米流体的压降稍大于纯水值，但最大差距不超过10％．粒子的体积份额对纳米流体对流换热系数影响较大．纳米粒子的存在对换热性能有明显提高，但过高的黏度对纳米流体的强化传热效果有一定的抑制作用．与去离子水相比，当银粒子体积分数达到0．012％后，纳米流体的综合效果才能逐渐体现．