飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用

激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域. 利用激光直写技术进行材料加工时, 其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制, 难于进行纳米尺度的加工. 飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段, 也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源. 近年来, 作为最新的激光加工技术之一的飞秒脉冲激光多光子微纳加工技术已成为国际上研究的热点. 该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应, 成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率, 可望在功能性微纳器件制备等纳米技术领域发挥重要作用, 具有广阔的应用前景. 在2001年日本科学家利用飞秒脉冲激光双光子聚合技术首次突破衍射极限获得120 nm的加工分辨率后, 最近我国科学家实现了15 nm线宽的纳米尺度加工分辨率. 在利用多光束并行加工技术进行快速、大批量微纳结构加工的同时, 最新发展的多光束组合技术实现了多部件组合加工、一次成型, 解决了微尺度零部件组装难题, 为微纳尺度器件及微机电系统的开发提供了具有实用化前景的加工方法与途径. 利用飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的高精度、良好的空间分辨率和真三维加工能力的特点, 各国科学家制备出了各种微尺度光子学器件及微机电系统, 充分展示了该技术的应用前景. 随着对飞秒脉冲激光与物质相互作用机理、加工技术及相关材料技术的深入研究, 飞秒脉冲微纳加工技术必将获得快速发展, 并在先进纳米制造领域获得新的突破.     

电沉积制备钯微/纳米结构材料

利用准二维电沉积法, 通过控制不同浓度的PdCl2溶液和沉积电压, 在硅衬底上制备出了钯微/纳米结构材料, 分别用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对沉积物的形貌和结构进行了表征. 结果表明, 随着溶液浓度和沉积电压的不同, 沉积物呈现出准阵列、“树枝”状和膜状三种形貌, 溶液的离子浓度和生长电势对于沉积物形貌具有决定性的影响, 这些钯微/纳结构材料均由钯纳米颗粒构成, 属于面心立方结构.     

基于硅藻微纳结构的生物制造

硅藻壳体(细胞壁)具有独特的微纳米结构,是一种新兴的生物功能材料.现有研究多直接利用硅藻壳体原有结构,使硅藻器件功能范围窄、结构规模单一.本文从制造角度介绍硅藻壳体的形体、材质特性与结构,结合最新研究报道论述对壳体进行结构提取与微加工、改质处理、与器件的装配连接、排列定位与组装的方法与技术可行性,目的是拓展壳体的功能,满足更多微器件的设计要求.最后以基于硅藻的生物检测器件和光敏染料太阳能电池为例,展示硅藻微器件应用的潜力,展望基于硅藻的生物制造技术发展.     

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

蚊子腿表面多级微纳结构的超疏水特性

蚊子是一种能够在水面自由起落、行走、产卵而从不溺水的两栖昆虫.报道了蚊子腿表面的超疏水机理.单根蚊子后腿在水面上的静态承载力平均可达600μN,是整个蚊子体重的20多倍,而利用柔软细钢丝做成的外观形状、结构和尺寸与蚊子腿几乎一致的"钢丝腿",其水面承载力仅为85μN.扫描电子显微镜观察发现,蚊子腿表面被大量有序排列的、瓦片状的、尺寸在十微米级的空心鳞片覆盖,鳞片表面整齐排列了亚微米级的纵肋和纳米级的横筋结构蚊子腿部表面具有很强的疏水性,静态接触角约为153°.理论分析表明,蚊子腿表面上的微纳多级结构是其具有超疏水性和高可靠性表面承载力的根本原因.     

静电相互作用对微乳液法制备核壳纳米颗粒的影响

在油包水(W/O)形成的反相微乳液中加入水溶性或亲水性材料形成内核, 并通过硅烷化试剂在微乳液中水解后形成三维网状结构的硅壳包被内核材料, 是制备核壳纳米颗粒的常规方法. 我们发现核壳二者的静电相互作用对制备具有稳定核壳结构的纳米颗粒有重要影响, 而内核材料的分子量大小以及包壳壳层厚度等传统意义上的重要因素与此并没有明显的关系. 当用传统方法难于形成稳定核壳结构纳米颗粒时, 可以通过改变实验条件, 调节相关材料的电荷极性来改善其稳定性, 从而为拓展核壳纳米颗粒的制备提供了实验与理论依据.     

Si3N4/BN纳米复合粉体的制备

采用化学溶液法, 溶解分散H3BO3, CO(NH2)2及α-Si3N4微粉制成悬浮液, 干燥后以氢还原氮化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si3N4/BN纳米复合粉体. 利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对复合粉体的形成过程及形貌结构研究发现: 当反应温度为1100℃时, 包覆层中除在临近α-Si3N4颗粒表面有少量涡流状氮化硼(t-BN)生成外, 其主要组成部分为非晶态BN. 以上复合粉体经1450℃氮气氛下处理后, 非晶态氮化硼与涡流状氮化硼转化为h-BN. 所制复合粉体经1800℃热压烧结获得加工性能良好的复相陶瓷.     

蜻蜓翅脉表面上的微纳米结构和形貌

通过扫描电子显微镜观察了蜻蜓(黄蜻和红蜻)翅脉表面, 发现了令人惊奇的微纳米结构和形貌. 翅脉表面上, 不仅分布着褶皱状波浪形貌, 而且生长着圆锥状纤突; 纤突表面沿母线方向上, 分布着条纹状波浪形貌. 这些奇异的微纳米结构和形貌, 为理解蜻蜓超强的飞行能力提供了启示.     

静电纺丝制备微纳纤维的形貌表征与影响机理分析

静电纺丝作为一种广泛采用的纳米纤维制备技术,影响其纤维形貌的主要因素包括材料参数、工艺参数和环境因素等.采用聚氧化乙烯(PEO)溶液,通过研究溶液属性(分子量、质量分数、电导率)和工艺参数(工艺电压、电极间距、喷嘴内径等)对纤维形貌的影响,得出相关参数对纤维直径和形貌的作用规律.研究结果表明:当PEO质量分数由4%到8%时,图案形貌经历了球状颗粒-珠丝共存-纤维的演变过程;分子量由40万到60万时,纤维由珠丝结构变成均匀光滑的丝,进一步增大分子量,纤维开始变得粗细不均并出现锯齿结构;当电导率由151到355 s/cm时,纤维直径变粗5倍;工艺电压(25~30 kV)增加,纤维直径先增加后减小,梭形颗粒先增多后减少;电极间距(15~25 cm)的增加使PEO纤维的直径减小,梭形颗粒先增加后减少;喷嘴内径由160 m增大到600 m时,纤维先是变得均匀光滑,后出现黏并结构.这些研究结果能够更好地指导静电纺丝技术在生物医用、纳米装置及纳米制造等领域的应用.     

迈向21世纪的纳米科技研究新进展

本文系统阐述了近年来在纳米科学与技术研究领域中取得的一些主要进展。这些领域包括单原子操纵与原子搬迁技术、纳米电子学与纳米电子技术、纳米生物学、纳米摩擦学、微米／纳米技术、原子团簇科学和纳米材料科学，其中又着重介绍了原子团簇科学和纳米磁性功能材料的研究新进展及其在现代电子信息技术及国防现代化上的应用。     

Si3N4/BN纳米复合粉体的制备

采用化学溶液法, 溶解分散H₃BO₃, CO(NH₂)₂及α-Si₃N₄微粉制成悬浮液, 干燥后以氢还原氮化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si₃N₄/BN纳米复合粉体. 利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对复合粉体的形成过程及形貌结构研究发现: 当反应温度为1100℃时, 包覆层中除在临近α-Si₃N₄颗粒表面有少量涡流状氮化硼(t-BN)生成外, 其主要组成部分为非晶态BN. 以上复合粉体经1450℃氮气氛下处理后, 非晶态氮化硼与涡流状氮化硼转化为h-BN. 所制复合粉体经1800℃热压烧结获得加工性能良好的复相陶瓷.     

可方便规模化制备的夹心二氧化硅纳米结构

<正>中国科学院理化技术研究所唐芳琼研究小组发现,通过对具有"三明治"结构的有机无机杂化二氧化硅纳米材料刻蚀掉中间层方法可方便制得具有中空结构、有可移动内核和外壳夹心的二氧化硅纳米颗粒.这种方法可使颗粒尺寸、外壳厚度和内核大小得     

封面说明

在所有的纳微有序结构或表面图案结构的应用中,构筑方法是实现结构最终应用的重要前提条件.随着研究对有序结构材料性能及图案化尺寸、精度等要求的提高,人们不断改进,研发了一系列新的方法.纳、微尺度的微相分离、去润湿及水蒸气液滴模板等技术,溶剂辅助微成型技术,超临界流体技术,以及     

基于碳纳米管阵列/无机物片层交替结构具有能量吸收特性的杂化复合材料

将二维的层状纳米结构与有一维的碳纳米管阵列组合,形成多级有序的三维纳米结构材料,可获得许多奇特的材料性能.所以,如能大规模地在纳米尺度上实现材料的规整组装将会极大地提高材料的性能,拓展纳米材料的应用.众所周知,如果高分子插层到无机片层材料中,就会显著提高复合物的强度.但是这种填充进去的高分子的有序度往往难以控制.如果能够在二维片     

具有无机/有机核壳结构的窄分散发光微球的合成与表征

纳米晶在光、电、磁、催化等方面都表现出优良的性质, 而复合了纳米晶的单分散无机或有机胶体微球在光子晶体的组装和研究中更展现了突出的优越性, 使含有纳米晶的无机或有机胶体微球的制备成为近来微球合成工作的重点[1,2]. 代表性的工作[2~8]有利用反复静电沉积技术, CdTe纳米晶被复合到二氧化硅或聚苯乙烯微球的表面; 利用溶剂的溶胀或溶胶凝胶法, CdTe纳米晶也被复合到无机或有机胶体微球里. 其中CdTe纳米晶复合的单分散无机/有机胶体微球发光性能稳定, 既可以将单个微球用作标记物, 也可以用以组装成具有有序结构的功能材料, 具有很好的应用前景. 本文中, 我们利用前面工作中制备的尺寸可控的SiO2-CdTe共混微球为模板1)进行乳液聚合, 成功地合成了窄分散的SiO2-CdTe/聚合物核壳微球, 以一种简便易行的方法实现了CdTe纳米晶与聚合物的复合, 并对其形貌和发光性质进行了详细的表征. 这些核壳微球在光子晶体、生物标记和发光高分子材料等方面具有潜在的应用前景.........................