微透镜阵列光扩散片特性研究及制备

分析了球面微透镜阵列扩散片的扩散和增益特性,利用光线追迹法对其进行了模拟仿真,分析了不同球面半径和球冠高度对扩散增益特性的影响.结果表明,微透镜孔径越小,其扩散性能也好;微透镜的深宽比越高,其增益性能越好.提出了微透镜阵列扩散片的制作,利用自行设计的微区纳米压印机可制作不同深宽比和不同占空比的微透镜阵列模板,通过紫外胶曝光压印技术进行复制,便可形成微透镜阵列扩散片.     

基于纳米压印技术制备200nm周期金自支撑透射光栅

采用纳米压印技术作为制备亚微米周期光栅图案的核心技术,并结合反应离子刻蚀,电子束蒸镀,微电镀,紫外光刻,湿法刻蚀成功制作了面积为5 mm×8 mm、周期为200 nm、占空比近1∶1的大面积金自支撑透射光栅.首先利用紫外光固化纳米压印技术和反应离子刻蚀在高分子胶层上复制出石英模板上的纳米光栅结构,然后用微电镀技术制备出金光栅.为了获得具有较深槽深的光栅图形,采用了纳米压印双层胶工艺体系.此工艺利用了纳米压印技术分辨率高、效率高的优点,并且可以制备出剖面陡直、对比度高的高分辨率纳米光栅线条.最后用紫外光刻,微电镀和湿法腐蚀制作出支撑结构,获得金自支撑透射光栅.     

热压印脱模工艺中摩擦系数影响的研究

压印胶层纳米结构在热压印脱模工艺中的变形关系到纳米器件质量的高低。为了提高纳米器件的质量,研究脱模过程中模板和压印胶之间的接触特性至关重要。采用模型优化、数值模拟和理论分析相结合的方法研究摩擦系数对胶层纳米结构受力和变形的影响,得到摩擦系数增大时von-Mises应力云图和胶层纳米结构顶端变形曲线。分析应力云图可得胶层纳米结构的最大应力和变形在脱模初期随摩擦系数增大而增大,在脱模后期随摩擦系数增大而减小,并从压印胶受力角度对胶层纳米结构顶端变形进行解释。对比顶端变形曲线可得Ni-PTFE模板最佳摩擦系数为0.20,Ni-PTFE模板最优化PTFE含量为15g/L。通过最佳接触特性对模板进行优化可以减少胶层纳米结构变形,提高纳米器件质量。     

纳米压印光刻技术的研究

研究了一种新型的纳米结构制作方法——纳米压印光刻技术,该工艺通过阻蚀剂的物理变形而不是改变其化学特性来实现图形转移,其分辨率不受光波波长、物镜数值孔径等因素的限制,可突破传统光刻工艺的分辨率极限,论述了热压雕版压印工艺及其设备,实验表明,该工艺同时还具有高效率、低成本、大深宽比等优点。     

硅通孔形状和填充材料对热应力的影响

为研究硅通孔(TSV)的形状和填充材料对结构热力学性能的影响,采用有限元分析方法对单个圆柱形和圆台形结构的TSV模型进行仿真分析。对于圆柱形TSV,改变通孔的深宽比或Cu填充部分半径,分析结构的热应力变化;对于圆台形TSV,改变一端半径或上下端半径比分析热应力变化。仿真分析表明,圆柱形TSV和圆台形TSV的最大热应力都出现在变形最大处,最小热应力都出现在Cu填充部分;圆柱形TSV的深宽比越大热应力越小,Cu填充部分半径越大热应力越大;圆台形TSV的上下端半径比越大热应力越大,当上下端半径同时由小变大而上下端半径比不变时,热应力先增大后减小。     

纳米压印技术中模板表面的气相法抗粘连修饰

研究了采用全氟四氢辛基硅烷(F13-TCS)对纳米压印技术中所用SiO2模板进行表面修饰的情况,分析了用气相法在SiO2模板表面形成F13-TCS单分子膜的形成过程及化学机理,并用X射线光电子能谱仪(XPS)和视频光学接触角测试仪对模板修饰表面的元素成分、价态和表面能进行了测试表征,用原子力显微镜(AFM)对压印过程中的模板结构及模板复制结构进行了对比分析.结果表明,通过F13-TCS对SiO2模板的表面修饰,可以大大降低模板与压印聚合物层之间的相互作用力,在纳米压印过程中实现结构较好的转移、复制.     

硅通孔润湿性能影响因素的模拟仿真

使用Fluent流场仿真软件模拟了电镀液对硅通孔(TSV)的浸润过程,讨论了TSV深宽比、电镀液流速、电镀液表面张力、接触角以及压强等因素对TSV浸润过程的影响.通过对比仿真寻找出能在电镀之前使电镀液完全浸润TSV所有表面的预润湿处理方法,以防止因润湿不彻底在TSV底部形成气泡而导致的有空洞电镀填充.通过仿真发现,电镀液表面张力越小,电镀液与待电镀样片表面的接触角越小,浸润过程中电镀液的流速越慢,浸润所处环境的压强越低,则越有利于电镀液对TSV的浸润;且流速为0.002 m/s时即可对深宽比低于或等于130μm:30μn的TSV实现完全浸润;浸润环境压强低于3 000 Pa时即可在流速为0.05 m/s时对深宽比为150μm:50μm的TSV基本实现完全浸润.当TSV结构的深宽比大于2的时候,没有经过预润湿而直接放入电镀液的TSV结构很难实现无空洞电镀填充.     

基于TiN涂层/玻璃基体的热压印模板的制备与性能

对于热压印光刻而言,制备具有精确几何结构、良好耐磨损性能以及长使用寿命模板至关重要。在分析现有Si或SiO2模板使用性能基础上,提出了在TiN涂层/玻璃基体上制备热压印模板。首先采用直流磁过滤电弧在玻璃上沉积TiN薄膜,然后,通过聚焦离子束在薄膜上加工出最小线宽71nm的栅型结构,最后,使用所加工的模板,进行热压印实验,获得了良好的压印结果。实验结果表明,TiN作为模板材料可以获得高保真度的纳米图案,并且由于TiN比Si或SiO2具有更高硬度和强度,玻璃基体也具有很好的机械性能,由TiN/玻璃系统制备的压印模板的机械性能和使用寿命较之Si或SiO2基模板得到很大提高。     

高骨架填充率的SiO2有序大孔材料的制备

以SiO2有序大孔材料制备作为研究对象,系统考察了胶晶模板法中影响前驱物填充率的诸因素,包括填充方法、填充时间和填充次数.研究表明,直接浸渍法易导致大孔结构的收缩、脱落和表面覆盖.本文提出的在模板表面添加盖片再填充的方法有效解决了上述问题.当填充时间为5 min、填充次数为两次时,SiO2有序大孔材料的骨架填充率较高.扫描显微镜(SEM)和分光光度计的表征结果证实,实验成功制备了填充率高达22.53%的大面积SiO2有序大孔材料.     

微槽群结构对微纳复合表面汽泡周期的影响

将涂有250 nm钛纳米涂层,且具有不同微尺度结构的微槽群竖直放置,采用高速摄影技术对热沉中的汽泡周期进行可视化研究.研究结果表明：当热流密度较小时,汽泡周期随着微槽深宽比的增加而减小;随热流密度的增大,汽泡周期逐渐减小;微尺度效应对汽泡周期的影响随着热流密度的增加而减弱.     

Fabrication of high aspect ratio microfiber arrays that mimic gecko foot hairs

In nature, geckos have developed complex adhesion structures capable of smart adhesion, which is the ability to cling to different smooth and rough surfaces, even ceilings, and detach at will. The hierarchical structure of gecko foot hairs consists of microscale setae, branches and nanoscale spatulae, which contributes to their strong adhesion on different surfaces. In this paper, we propose a simple and low-cost method for fabricating two-level high aspect ratio microfiber arrays that mimic gecko foot hairs. SU-8 photoresist was used and single-level SU-8 microfiber arrays were obtained by a thick film photolithography process. Single-level polydimethyl-siloxane (PDMS) microfiber arrays were also obtained by a micromolding process and the master template for this process was fabricated using inductively coupled plasma (ICP) technology. Using the silicon mold with deep-hole arrays as a substrate, an SU-8 layer with microhole arrays was added to it using thick film photolithography and it formed a double stack mold from which the two-level hierarchical PDMS microfiber arrays were replicated. Water contact angle tests showed that the two-level hierarchical structures are extremely hydrophobic (about 148.5° compared with the Tokay gecko’s 160°).     

高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法

涵洞在山区高填方高速公路中应用较为广泛,但由于涵洞上方填料组成复杂与填料—涵洞相对刚度差异大等问题引起涵顶垂直土压力集中,造成涵洞结构出现一系列病害。为探明涵顶土压力集中系数的影响因素,在室内模型试验和FLAC数值模拟的基础上,研究了涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量对上埋式盖板涵顶部垂直土压力、侧墙水平土压力及土拱效应影响规律。结果表明：涵洞顶部填料高度、盖板厚度、填料泊松比以及填料含石量均会影响土压力集中系数值,涵顶土应力分布形式为抛物线,涵顶中心土压力集中系数值小于1,涵顶边缘土压力集中系数值大于1,涵顶与侧墙土压力呈非线性分布。将上述因素影响下的结果建立图表和方程,可用于评估同类型盖板涵的静止土压力和静弯矩设计。采用C#语言编写了《涵洞顶部竖向土压力值计算》程序,能快速准确的定位涵洞顶部垂直土压力,可为类似的高填方土石混合体填料—涵洞受力分析提供参考。     

基于MoldfloW的塑料管接头注塑模设计

为缩短注塑产品模具设计的开发周期、提高产品的经济效益以及使产品得到更加合理的模具结构方案.运用Moldflow对塑料管接头进行CAE分析.通过对充填、流动、保压及锁模力的模拟分析,预测塑件可能出现的缺陷并加于修改.得到的结果如下:最小纵横比为1.159,最大纵横比为14.076;充填时速度压力在3.74 s时开始切换,...     

高堆石坝填筑施工过程中协调控制计算机仿真建模

高堆石坝坝面施工过程中常涉及到不同料物填筑的协调问题,对不同料物进行合理的施工顺序和施工强度协调对施工速度和工程质量有重要意义针对堆石坝填筑计算机仿真研究较少考虑坝面不同填筑材料之间填筑强度的相互协调问题,借鉴网络计划逻辑关系描述,对堆石坝各种料物之间的填筑施工的强度协调问题进行了研究,提出了一种坝面填筑材料之间协调控制的仿真模型,并提出坝面可达填筑强度和工期限制强度两个概念最后,以糯扎渡工程为例对所提出的仿真模型的可行性进行了验证．     

利用可再生模板制备聚吡咯纳/微米管

以小分子2-蒽-9-基亚甲基一丙二腈(AYM)自组装的纳/微米线为模板,气液相聚合制备出聚吡咯(PPy)与AYM复合材料(PPy/AYM),经CH_2Cl_2溶剂脱除AYM后制得管状PPy.红外分析(IR-ATR)显示复合材料主要表现出PPy的特征峰.扫描电镜(sEM)和透射电镜(TEM)显示当吡咯(Py)单体与AYM两者之间用量摩尔比维持合理水平时,可以获得长度几十甚至上百个微米,直径1μm左右甚至更小的管状PPy.热失重(TGA)显示所得PPy纳/微米管与本体PPy具有相似的热失重行为,但电导率低一个数量级.脱除AYM的CH_2Cl_2溶液在减压蒸馏后仍旧可以得到AYM,回收率为93%,可重复使用.     

计算机辅助非正弦周期信号的幅频谱分析

采用EWB作为计算机辅助分析工具，运用EWB电子工作平台的快捷、方便、真实、准确的特点，对典型非正弦周期信号进行幅频谱分析，并可得到满意的分析结果。这能克服对非正弦周期信号进行频谱分析或者对非正弦周期电路进行研究所受到的硬件限制。     

低效纳米孔晶体硅太阳电池性能研究

晶体硅太阳电池生产中,降低表面反射率能够提高太阳电池短路电流和转换效率.纳米孔硅的表面反射率极低,但报道中所实现的太阳电池输出参数(开路电压、短路电流、填充因子)都低于金字塔结构表面.采用对比法从光学性能、表面微结构和电极接触上对纳米孔硅和金字塔太阳电池进行比较分析,来研究纳米多孔硅太阳电池转换效率的抑制因素.研究表明短时间腐蚀的纳米孔硅太阳电池表面沉积氮化硅钝化膜后的平均反射率提高.长时间腐蚀的纳米孔硅表面沉积氮化硅后在短波段的反射率极低,因此平均反射率小于金字塔结构表面.但是由于纳米孔硅太阳电池的表面复合率高,而孔壁上附着的毛刺不仅会进一步增大表面复合,还会削弱表面钝化效果,因此短波段激发的光生载流子难以被太阳电池利用.所以,光利用和表面复合是抑制纳米孔硅太阳电池开路电压和短路电流的原因,而过大的串联电阻是纳米孔硅太阳电池短路电流和填充因子低的另一个原因.     

梯田式填筑-降雨时序作用下沟谷区高填方地基变形与边坡稳定性分析

山区城镇化建设力度逐步加大,削山填沟工程广泛分布,高填方地基沉降变形与边坡稳定性是安全建设最重要的问题之一。本文提出了梯田式填筑—降雨时序作用下沟谷区高填方地基变形与边坡稳定性分析方法,首先依托地质资料建立梯田式填筑数值仿真模型,然后通过试验确定填筑体的力学参数,分析梯田式填筑过程中边坡内部响应规律,最后在降雨时序作用下模拟高填方地基多场非完全耦合变形规律,并将此方法运用到湖北省十堰市郧西县扶贫产业园项目。研究表明：填筑体随含石量增加,粘聚力总体呈波动式下降趋势,内摩擦角相对变化不大,饱和作用下试样抗剪强度具有显著弱化作用;填筑时步过程中,填筑层对边坡变形影响具有一定的时空限制范围;降雨时序作用下,填方区降雨影响深度为距地表12 m范围附近,结合测斜长期监测数据,与模拟结果较为相似。研究成果能为削山填沟高填方边坡风险评估与地质灾害防治提供技术与实践经验。     

装药形状对两端开口钢筒结构变形规律的影响

采用数值模拟与爆炸实验相结合的方式,研究了装药形状对两端开口圆柱钢筒结构变形规律的影响.采用显式动力分析软件LS-DYNA,并选用Johnson Cook模型模拟钢筒的动态变形,研究了方形、球形和柱形等不同形状装药对无加固圆柱钢筒塑性变形的影响规律,对比实验得到的残余变形测量结果,验证了钢筒计算模型和参数设置的有效性.同时,研究了不同长径比柱形装药对混凝土加固圆柱钢筒结构的影响.结果表明,在相同的装药量下,结构塑性变形与装药的几何形状密切相关.采用大长径比的装药形状,两端开口圆柱钢筒的环向变形明显增大.在设计防护结构时,必须高度重视装药形状对结构变形的影响.     

高炉炼铁数据的异常值处理

Blast furnace data processing is prone to problems such as outliers. To overcome these problems and identify an improved method for processing blast furnace data, we conducted an in-depth study of blast furnace data. Based on data samples from selected iron and steel companies, data types were classified according to different characteristics; then, appropriate methods were selected to process them in order to solve the deficiencies and outliers of the original blast furnace data. Linear interpolation was used to fill in the divided continuation data, the K-nearest neighbor (KNN) algorithm was used to fill in correlation data with the internal law, and periodic statistical data were filled by the average. The error rate in the filling was low, and the fitting degree was over 85%. For the screening of outliers, corresponding indicator parameters were added according to the continuity, relevance, and periodicity of different data. Also, a variety of algorithms were used for processing. Through the analysis of screening results, a large amount of efficient information in the data was retained, and ineffective outliers were eliminated. Standardized processing of blast furnace big data as the basis of applied research on blast furnace big data can serve as an important means to improve data quality and retain data value.