微納結構加工的案例
東北師大：精細微納結構加工，相比傳統光盤存儲容量大幅提升！
精細的3D微納光學元件已經在物理、生物和化學等領域取得了廣泛應用。在均勻或非均勻介質中有效捕獲光能、并對其折射率進行精細的空間調制是發展集成化先進光子器件的重要手段。對于可發生機械形變的光活化介質，當用相干光照射時，容易在介質表面出現交替排布的膨脹和塌縮，形成3D周期性結構，即表面浮雕光柵（Surface Relief Gratings，SRGs）。基于光誘導表面浮雕技術，可以遠程、無接觸式地在特定位置實現微/納米級精細加工。通常這種復雜的表面起伏微結構可以通過光觸發的機械運動產生，但目前只能在有機活性分子體系中實現，并且空間有序的表面形變可能需要大功率或長時間刺激才能達到分子光異構和光取向的平衡狀態。
貴金屬納米顆粒（NPs）具有獨特的局域表面等離激元共振（LSPR）效應。當入射光頻率與金屬外層自由電子振蕩頻率相匹配時，金屬納米顆粒能夠高效吸收或散射外部光能，發生光化學反應、或以熱的形式釋放能量并產生“光熱效應”。
近日，東北師范大學物理學院付申成、張昕彤、劉益春研究團隊提出了一種基于等離激元驅動的光誘導質量遷移技術，在非光活性介質上實現了精細的表面形貌調制
。相關成果以“Plasmon-driven light harvesting in poly(vinyl alcohol) films for precise surface topography modulation”為題發表于《Optics Letters》 ，2021年4月6日在線出版。
展開 光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結構仿真設計與加工技術（光柵、超表面、蛾眼結構的仿真與加工技術）2026/5/19-5/20
周期性微納結構的優化設計
4.超表面微納結構
下午
2. 衍射光學元件設計與優化
3. 周期性微納結構的優化設計
5. 微納加工工藝方案
6. 微納結構的表征
一文盤點當前微納加工技術
探索新的測量原理、測試方法和表征技術，發展微納加工及制造實時在線測試方法和微納器件質量快速檢測系統已成為了微納測試與表征的主要發展趨勢。
不同的表面微納結構可以呈現出相應的功能，隨著科技的發展，不同功能的微納結構及器件將會得到更多的應用。目前表面功能微納結構及器件，諸如超材料、超表面等充滿“神奇”力量的結構或器件，的發展仍受到微納加工技術的限制。因此，研究功能微納結構及器件需要從微納結構的加工技術方面進行廣泛深入的研究，提高微納加工技術的加工能力和效率是未來微納結構及器件研究的重點方向。
展開 衍射及微納光學系統的分析、設計與加工技術
在傳統衍射光學理論之上，再進一步討論微納光學領域中的矢量衍射理論，并以此為基礎闡明多種微納光學元件（如偏振元件）的設計理念。與理論設計相應的，課程中另一個重要方面是加工技術。如何根據需要選擇合適的加工技術，是以質量為先還是需要考慮批量加工成本，這些問題也會在課程中討論。此外，更重要的一點是，衍射和微納元件的設計與加工技術往往是關聯的，甚至是有所制約的。因此，我們會在課程中指明元件加工工藝以及設計方法之間的關系，并且在講授相關內容的同時輔以VirtualLab Fusion在此方面的設計及建模方法，從而做到真正的學以致用，加速在微納光學領域的領悟及開拓。
展開 
基于COMSOL計算微納結構中的多級散射
多級散射是量化分析共振模式的一個常用手段，通過計算不同偶極子散射的能量可以很好地研究微納結構的輻射特性，例如Anapole由于ED和TD模式干涉相消表現為非輻射模式，TD環偶極子通常表現出高Q特性等等。通過復現一篇題為“Symmetric metasurface with dual band polarization-independent high-Q resonances governed by symmetry-protected BIC”的文章來展示準BIC的形成機制。
結構是由全介質構成的四聚體超表面，如下圖所示。當打破結構對稱性后會產生一個高Q的準BIC，反射譜上表現為一個尖銳的Fano共振。我們關注第一個共振模式。
圖1：四聚體超表面
圖2：透射譜以及Fano擬合
第一個共振模式是一個磁偶極子模式，簡稱MD，文中進行了多級散射展開，MD的分量占主導，從場分布中也可以看到一個明顯的磁偶極子模式，如下圖所示。
圖3：文中共振模式1的多級展開和場分布
圖3：周期性邊界條件設置
在COMSOL中選擇波長域進行仿真，材料設為硅，折射率為3.42。上下添加完美匹配層，x和y方向采用周期性邊界條件，如下圖所示。并且在上表面添加入射端口，由于文章是TM波入射，因此，電場沿x方向，端口具體設置如下。
圖4：建模以及邊界條件設置
圖5：入射端口設置
在結構上添加積分算子方便進一步計算不同偶極矩對散射能量具體計算公式可參考呢文中補充材料，不同文獻公式會略有不同，但大同小異，不影響定性分析。
展開 中紅外復合網柵減反射微納結構表面研究
[圖片]
[VirtualLab論文] 中紅外復合網柵減反射微納結構表面研究
[圖片]
利用簡易方法制備穩定的具有微納結構的ZIF-8高效油水分離膜
隨著仿生學的研究發展，人們從荷葉、魚鱗等自然結構中不斷受到啟發，超疏水膜，水下超疏油膜等逐步成為研究熱點。
然而，常用的有機膜在高溫環境，或者接觸各種有機溶劑后，會降低其油水分離性能，而多數無機膜的制備工藝又比較復雜。因此，如何用簡單的方法，構筑穩定的微納結構，實現高分離率和高通量性能，并可大面積制備的油水分離膜仍然是個挑戰。
基于此，吉林大學薛銘研究團隊以金屬有機骨架材料（Metal Organic Framework, MOF）這類新型晶體材料為研究對象。在常溫常壓條件下，以不銹鋼網為載體，成功地制備出ZIF-8分離膜。由于ZIF-8膜的表面具有粗糙的微納結構（圖1a?c），顯示出優異的水下超疏油性能。
圖1（a，b）ZIF-8膜的SEM圖；（c）ZIF-8膜的AFM圖；（d）生長了ZIF-8納米晶的金屬網具有水下超疏油的性質。
在水中時，水分子優先被捕獲到膜表面的MOF微納結構中，形成連續的水層，這層液膜允許水相靠重力快速通過，而對油相產生強的排斥力，從而實現高效油水分離。
該MOF分離膜可以高效地分離多種油水混合物，油水分離效率高達99.99%，水中殘油量低于4 ppm，同時該膜具有較高的水通量10.2×104 L m?2h?1，以及很好的耐壓性6400 Pa。
圖2（a，b）ZIF-8膜油水分離過程圖；（c, d）經過高溫和有機溶劑處理后，ZIF-8膜仍保持良好的水下疏油性能。
進一步研究發現，即使經過200℃的高溫處理、以及多種常見有機溶劑（四氫呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二氯甲烷和正己烷）浸泡，該MOF膜仍然保持接近水下超疏油的性能（圖2c, d），并且可以循環多次使用。基于簡單的制備方法和便宜易得的原材料，該類MOF膜很容易實現大面積制備（圖2a, b），可以進行連續地大量的油水分離。
展開 結構設計和導出加工數據
內容簡介：
1.在VirtualLab中如何進行結構設計；
2.在VirtualLab中如何導入和導出加工數據。
結構設計
1) 點擊 ，打開示例文件Sample_PhaseDistribution.ca2
2) 該示例文件包含處處振幅為1的純粹的相位分布，默認為振幅視圖. 點擊，將默認的振幅視圖轉換為相位視圖，點擊“結構設計(Structure Design)”開始設計可產生該相位分布的對應結構
3) 進入(基于薄元近似)的純相位透射結構設計系統窗口
目標(Target)標簽，可以選擇將設計好的結構設計元件放在新的LPD中還是已有的LPD中
光學設置(Optical Setup)標簽，在此標簽中選擇模式為透明板的高度輪廓(Height Profile of Transparent Plate)，并可選擇基板介質(Substrate Medium)和元件周圍的介質(Surrounding Medium)，同時可以確定基板的厚度(Thickness of Substrate)以及中心波長（Wavelength）。
展開 T型槽平臺加工工藝詳解：從鑄造到精加工的完整流程箱式
T型槽平臺（箱式）作為機械裝配、機床調試、工裝定點的核心基準裝備，其加工工藝直接影響精度穩定性與使用壽命。箱式結構憑借剛性強、受力均勻的特點，廣泛
T型槽平臺加工工藝詳解：從鑄造到精加工的完整流程箱式
T型槽平臺（箱式）作為機械裝配、機床調試、工裝定點的核心基準裝備，其加工工藝直接影響精度穩定性與使用壽命。箱式結構憑借剛性強、受力均勻的特點，廣泛應用于各類工業場景。。
###一、前期準備：圖紙設計與材質選型
加工前需結合使用場景，設計箱式T型槽平臺的結構圖紙，明確臺面尺寸、T型槽規格、筋板布局等參數，確保符合行業標準。材質優先選用HT200-HT300灰鑄鐵，部分高精度場景可選用QT600球墨鑄鐵，材質需經過嚴格檢驗，確保無砂孔、氣孔等問題，工作面硬度控制在HB170-240之間，為后續加工奠定基礎。
###二、核心工序一：鑄造成型（箱式結構關鍵）
鑄造是箱式T型槽平臺的基礎工序，直接決定平臺的剛性與穩定性。1.木型制作：根據圖紙制作匹配的木型，還原箱式框架與筋板結構，確保尺寸。2.配料造型：按材質成分配比配料，采用砂型造型工藝，夯實砂型，避免鑄造過程中出現變形。3.澆鑄冷：將融化的鑄鐵液緩慢澆注入砂型，控制澆鑄速度與溫度，澆鑄完成后自然冷至室溫，避免快冷產生裂紋。4.落沙清理：拆除砂型，清理平臺表面的浮砂、毛刺，對澆鑄問題進行修補，完成箱式毛坯成型。
###三、核心工序二：時效處理，去掉應力
箱式T型槽平臺毛坯需經過雙重時效處理，去掉鑄造殘余應力，避免后續加工與使用中變形。采用人工退火（550-700℃）結合自然時效（2-3年）的方式，確保殘余應力去除均勻，同時提升材質韌性，增強平臺剛性，為高精度加工提供保障，這也是鑄鐵T型槽平臺精度穩定的關鍵步驟。
###四、核心工序三：粗加工，修整外形
時效處理后進入粗加工階段，主要修整箱式平臺的外形尺寸。
展開 沖壓加工所用的壓力機的機械結構
沖壓加工廠沖壓加工所用的機械壓力機是一種通過曲柄滑塊機構將電動機的旋轉運動轉換為滑塊的直線往復運動，對坯料進行成形加工的鍛壓機械。廣泛用于沖壓、 擠壓、 模鍛和 粉末冶金等工藝。壓力機由電機經過傳動機構帶動工作機構，對工件施加工藝力。具有用途廣泛，具有生產效率高等特點。壓力機由壓式四立柱油壓機、電加熱系統和保溫裝置、組合控制機柜、模具輸送臺架著四部分組成，我們今天來了解一下壓力機這四部分的機械結構。
1.加熱系統：加熱系統是由鋼制加熱板、加熱管、保溫層組成。加熱板分上下兩塊，分別與壓力機底座和壓排固定連接，并便于拆裝，加熱板用好的45#鋼調質處理制成。保溫層設置在加熱板和底座（或壓排）之間，加熱板四周有設置保溫側板 應選用隔熱性能好的材料制作，平面尺寸與加熱板相當，厚度不小于 20毫米。
2.五金沖壓四立柱油壓機：壓機應具有可靠的結構剛度抗變形能力，液壓站上位置，壓排設置模具吊裝連接裝置，液壓站和壓排有可拆裝的防塵機蓋。工件能出方向為長度方向。
3.模具輸送架：臺架為一個上部裝有滾輸的結構，一端與壓力機底座相連（可拆卸），一端放置在地面上（可調節高度）。隔溫板放在壓力機壓排與底座四周，以減少模具加溫過程中的熱量損失，用鋁板（或不銹鋼板）和保溫材料制成。
4.控制機柜：機柜式壓力機動作和溫度的組合柜。機柜面板上儀表及開關；壓力指示儀表；加熱開關及指示燈；電源開關，指示燈，電壓表，電流表；壓力機動作按鈕及指示燈；數顯溫度調節儀；保溫計時器，超溫警報器；升溫速率1.7℃~2.5℃/min；使用溫度180℃；溫度不均勻性±3℃，各相電源的加熱功率均衡；溫度調節儀對相應測溫區域實時控制，當全部達到設定值± 3℃時，計時器到設定時間后，控溫系統能按工藝設定值自動加溫或斷電。
展開 
五金沖壓件加工所用級進模凸模的結構類型
大家都知道，五金沖壓件加工得靠沖壓模具才能加工成型，而沖壓模具又分上下凸凹模，今天介紹下級進模凸模的幾種結構類型。
冷沖模凸模的結構總的來說都包含有兩個部分，一個是工作部分，一個是安裝部分。凸模的工作部分是直接完成沖壓加工的，其斷面形狀、尺寸應根據沖壓件的形狀尺寸及沖壓工序的性質、特點來進行設計；凸模的安裝部分是將凸模安裝在凸模固定板上，然后固定在模具座上，使之成為一體構成上模。下面說下凸模的分類：
A. 按凸模的動作性質，凸模有沖裁凸模、成形凸模、拉深凸模、擠壓凸模；
B. 按凸模的工作斷面形狀，凸模有圓形凸模、方形凸模、矩形凸模、及不規則異型凸模等；
C. 按凸模固定方式，凸模有背臺式凸模、鉚裝式凸模、疊裝式凸模、澆注或粘結式凸模、壓塊式凸模、電鍵式凸模、插入式凸模、護套式凸模、 浮動式凸模及組合式凸模等。
另外值得注意的是：
（1）在厚板料上沖小孔時，可以在細小凸模外面加保護套，這樣可以不使小孔凸模由于細而在沖壓加工時折斷；
（2）為了增加上凸模的強度和剛度，對于小型整體式凸模的非工作部分，應采用直徑或斷面尺寸逐步增大多級凸模結構形式，但臺階之間要圓滑過度，以免應力集中在沖壓加工時造成凸模折斷。
展開 如何通過結構設計降低CNC加工件的成本
影響CNC加工件的成本主要有以下幾方面：
1、加工設備
設備成本包括初始購買成本、操作成本、維護成本等，可能還存在一些其他成本，如刀具成本、CNC系統使用成本等，這些成本都會影響到每件加工件的成本，因此，購買、操作和維護一臺機器的成本越高，使用該機器制造的零件也就越昂貴。
銑床通常比車床成本更高，因為它們具有更復雜的運動部件；更難設置、操作和維護；并且能夠進行更復雜的加工。因此，如無必要，應把零件設計成適應車床加工的結構。
圖：適合車床加工的零件以及結構特征
銑床有不同的類型，具有不同程度的復雜性和能力。銑床的軸越多，價格就越高。現代數控機床大多具有三軸或五軸。雖然 5 軸機器可以更準確、更快地創建非常復雜的幾何形狀（因此它們需要更少的加工時間），但它們通常比 3 軸機器更昂貴。
2、設計成本
設計成本為實際加工前做準備所產生的成本，主要包含CAD（結構、工程圖設計）、CAE（優化分析）、CAM（制造編程）過程所涉及的成本。這里面CAD、CAE產生的成本不一定會分攤到零件成本上，這要看甲乙的合作方式，同時設計成本是固定的，如果量越大，分攤到每個零件的設計成本就越低。
3、材料成本
制造零件所涉及的材料成本是最重要的零件成本構成之一，材料成本由原材料成本、材料的用量、材料的加工時間組成。
原材料成本：不同原材料的市場價格各不相同，同時不同市場區域的價格也不一樣，在為零件件選擇原材料時，應根據零件的用途和功能選擇合適的材料，而不是選擇過分超出性能要求的昂貴材料，比如同為不銹鋼，316不銹鋼的價格比304不銹鋼價格就貴很多。
展開 【機械設計】軸類零件加工的結構設計原則都有哪些？你了解嗎？
軸是組成機械結構的重要零件之一。軸類零件加工認準鈦浩，它是軸系零件中的主要零件，也是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的關鍵部件。為了保證安裝在軸上的零件能正確地定位和固定，滿足軸的加工和裝配的要求，必須合理地定出軸各部分形狀和結構尺寸，即進行結構設計。
一、軸類零件加工的概述
軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。根據軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據軸的承載情況，又可分為：轉軸、心軸、傳動軸。軸類零件加工認準鈦浩機械，品質保障，軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據軸的具體要求進行設計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案。
以下是一般軸結構設計原則：
1、軸的設計主要包括材料、結構設計、性能設計與精度設計等。軸的設計內容是確定軸的合理外形和全部尺寸。由于軸、軸上零部件（包括支承軸承）等構成了軸系組件，故軸的結構設計需同時考慮軸上零部件的定位、固定、調整、裝拆等功能需求。軸的性能設計主要包括強度設計、剛度設計。軸的性能設計首先需進行其力學模型的簡化（根據其支承方式簡化為簡支梁和懸臂梁）；
其次根據其承載類型和工況確定其可能的失效形式，進而選用相應的設計準則進行性能設計。軸的性能設計準則包括強度準則和剛度準則。高速軸常需要進行振動穩定性設計。軸的振動穩定性設計主要目的是避免軸振動過大，特別是發生共振。軸的精度設計，包括其尺寸公差和幾何公差。
展開 一文了解蜂窩夾層結構制造、加工與有限元分析
蜂窩夾層結構是復合材料的一種特殊類型。由于這種輕型結構材料具有最優比強度 、比剛度 、最大抗疲勞性能 、表面平整光滑等特點 ,已在航空、航天領域得到較為廣泛地應用 。
蜂窩夾層結構實質上是由面板、蜂窩芯和膠黏劑3 種基本材料組合而成的復合材料 。常用的為鋁面板 - 鋁蜂窩夾層結構 、碳纖維面板 -芳綸紙蜂窩夾層結構 、玻璃纖維面板 - 玻璃纖維蜂窩夾層結構、 芙拉纖維面板 -Nomex 蜂窩夾層結構等。
從幾何形狀角度，最常見的蜂窩形式為正六邊形蜂窩，其他還有原型蜂窩、過拉伸蜂窩。其中過拉伸蜂窩在一個方向可以產生較大的彎曲變形，適用于曲率比較大的區結構。
六邊形蜂窩
過拉伸蜂窩
當然還有一些特殊的通過蜂窩結構來實現負泊松比效應的結構。
蜂窩的制造與加工
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點擊以下鏈接觀看全自動紙蜂窩制造過程：
全自動蜂窩紙板生產線
點擊以下鏈接觀看航空紙蜂窩切削加工：
飛行器蜂窩加工
蜂窩夾層結構有限元分析
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蜂窩夾層結構有限元分析一般分為兩種方法：
（1）宏觀等效夾層建模
（2）蜂窩細節建模
等效夾層建模指將蜂窩夾層等效為均勻的實體，而不建立蜂窩具體的晶格形狀。適用于整體結構剛度分析。
需要特別注意的是，在將蜂窩等效為均質實體時，務必采用三維實體單元模擬夾層，不可使用殼單元或連續殼單元，面板則使用殼單元、連續殼或者實體單元均可。
此類模型可以用于求解結構整體的變形。局部的細節應力應變表征誤差很大。
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