微納米結(jié)構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：洪老師 創(chuàng)建時間：2017-05-19
微納米結(jié)構(gòu)的實例教程
聚合物微納米結(jié)構(gòu)由于獨特的物理和化學功能而受到越來越多的關(guān)注，可以廣泛應(yīng)用于微流控、有機光電子、生物檢測等方面。在聚合物微納米結(jié)構(gòu)制造方法中，空間調(diào)制電場誘導聚合物流變成形技術(shù)由于在材料普適性、結(jié)構(gòu)均勻性等方面的獨特優(yōu)勢，獲得了學術(shù)界的關(guān)注。“空間調(diào)制電場誘導聚合物流變成形”工藝采用結(jié)構(gòu)化導電模板與涂覆有聚合物薄膜的導電襯底作為對電極，形成誘導模板/空氣/聚合物/導電襯底的多層結(jié)構(gòu)。電極對之間施加電壓后，因模板結(jié)構(gòu)的調(diào)制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調(diào)制電場”產(chǎn)生的 Maxwell 應(yīng)力張量驅(qū)動聚合物朝向誘導模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結(jié)構(gòu)。
數(shù)值模擬：針對目前線性穩(wěn)定分析方法在空間調(diào)制電場誘導聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應(yīng)，建立了基于電流體動力學的兩相流動力學模型，并從力學分析角度出發(fā)研究了聚合物在空間調(diào)制電場作用下的流動成形機理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關(guān)系，深入理解空間調(diào)制電場誘導聚合物流變成形的本質(zhì)原因。
兩相流動力學模型 ：由于聚合物復形過程中誘導模板與導電襯底的固定性，聚合物誘導流變過程的動態(tài)演變可歸結(jié)于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態(tài)追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態(tài)。在描述空間調(diào)制電場誘導聚合物流變行為中，需要解決的關(guān)鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產(chǎn)生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準確的追蹤氣液界面，即如何展現(xiàn)電場誘導聚合物流變成形的動態(tài)過程。
展開 仿生微納米結(jié)構(gòu)可通過物理作用‘刺破’細菌，而新冠病毒尺寸僅為100納米左右，無法直接利用微納米結(jié)構(gòu)殺滅。納米銀/銅懸浮液可有效殺滅病毒。如何提高納米銀/銅在薄膜表面殺滅新冠病毒效率降低間接傳播病毒風險，建立抗新冠薄膜批量化生產(chǎn)技術(shù)是全球抗擊新冠疫情亟待解決的難題之一。
愛爾蘭都柏林大學助理教授張楠博士與蘇州大學周宇陽博士在《Nano Letters》期刊上發(fā)表了題為“Enhancement of Antiviral Effect of Plastic Film against SARS-CoV-2: Combining Nanomaterials and Nanopatterns with Scalability for Mass Manufacturing”的文章（DOI: 0.1021/acs.nanolett.1c02266）。本課題設(shè)計并建立了多級微納米結(jié)構(gòu)抗新冠薄膜批量化生產(chǎn)工藝。利用研制的納米銀/銅聚乙烯醇（PVA）墨水和陽極氧化鋁（AAO）模板，分別結(jié)合超聲霧化噴涂技術(shù)和納米壓印技術(shù)（NIL），在PE和PET薄膜表面構(gòu)造出經(jīng)納米顆粒修飾的錐形矩陣，提高了殺滅新冠病毒的效率。
本技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三方面：
一、高效殺滅新冠病毒，多級微納米結(jié)構(gòu)PE和PET薄膜可在1h內(nèi)降低兩個數(shù)量級活性新冠病毒；
二、耐久性，5次模擬手摩擦實驗后，微納米結(jié)構(gòu)保持完整；
三、工業(yè)化前景，原料及技術(shù)成本低，具有連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)前景。
展開 其中表面形貌的3D測量，包括了輪廓的測量以及表面粗糙度的測量，是微納結(jié)構(gòu)測量最為基礎(chǔ)和重要的項目。目前常用的微結(jié)構(gòu)表面形貌測量方法分為接觸式和非接觸式。
運用非接觸式測量技術(shù)的3D光學檢測儀器，大多是基于光學方法（干涉顯微法、自動聚焦法、激光干涉法、光學顯微干涉法等），可對精密零部件的表面粗糙度、微小形貌輪廓及尺寸實現(xiàn)微納級測量，在微納米結(jié)構(gòu)檢測中有著重要意義。
中圖儀器基于3D光學成像測量非接觸、操作簡單、速度快等優(yōu)點，以光學測量技術(shù)創(chuàng)新為發(fā)展基礎(chǔ)，研發(fā)出了常規(guī)尺寸光學測量儀器、微觀尺寸光學測量儀器、大尺寸光學測量儀器等，能提供從納米到百米的精密測量解決方案。
1、自動聚焦法-影像測量儀
自動聚焦法是基于幾何光學的物象共軛關(guān)系，能使得場景目標在成像系統(tǒng)中準確清晰成像的某種自動調(diào)節(jié)過程，當照明光斑匯聚在被測面時，進一步調(diào)整檢測頭與表面的距離，直至光斑像尺寸最小而得到該被測位置的相對高度。
Novator系列復合式影像儀是一款能充分發(fā)揮光學電動變倍鏡頭高精度優(yōu)勢的全自動影像測量儀。
支持點激光輪廓掃描測量，進行高度方向上的輪廓測量；
支持線激光3D掃描成像，可實現(xiàn)3D掃描成像和空間測量；
支持頻閃照明和飛拍功能，可進行高速測量，提升測量效率；
具有可獨立升降和可更換RGB光源，可適應(yīng)更多復雜工件表面。
2、共焦激光掃描顯微法-共聚焦顯微鏡
激光共焦掃描顯微術(shù)是一項高分辨率三維光學成像技術(shù)。利用精密共焦空間濾波結(jié)構(gòu)，通過物象共軛關(guān)系濾除焦點外的反射光，提高成像的可見度。共焦顯微鏡裝置是在被測對象焦平面的共軛面上放置兩個小孔，其中一個放在光源前面，另一個放在探測器前面。
展開 【內(nèi)容提要】
《國家科學評論》在線發(fā)表了中科大俞書宏教授課題組的最新研究成果：
Biomimetic Twisted Plywood Structural materials
https://doi.org/10.1093/nsr/nwy080
該文章提出一種自下而上的基于刷涂和層壓相結(jié)合的高效組裝策略，利用生物相容性的微納米纖維和天然高分子作為構(gòu)筑組分，首次成功制備出具有仿生螺旋膠合板結(jié)構(gòu)的三維體型人工結(jié)構(gòu)材料。
神奇的自然界經(jīng)過上億年的演化，孕育出千奇百態(tài)的生物材料，它們或作為生物體骨架，或作為防御或進攻武器。這些自然結(jié)構(gòu)材料雖然來源于相對單一和脆弱的天然組分，但憑借其高度有序的多尺度微納結(jié)構(gòu)和精巧的界面設(shè)計，往往表現(xiàn)出超乎尋常的機械性能，因此，一直都是材料科學領(lǐng)域研究人員積極探索和模仿的對象。
通過微觀結(jié)構(gòu)觀察可以發(fā)現(xiàn)，包括魚鱗、蟹鉗和骨骼等在內(nèi)的許多生物材料均具有由微納米纖維多級次高度有序排布的螺旋膠合板結(jié)構(gòu)。它們是結(jié)構(gòu)精密的天然纖維增強復合材料，并且往往具有工程結(jié)構(gòu)材料迫切需要卻難以獲得的優(yōu)異損傷容忍能力。因此，以微納米纖維為結(jié)構(gòu)單元，全面模仿此類多尺度分級自然結(jié)構(gòu)，將有望制備出可取代現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)材料的高性能新型人工結(jié)構(gòu)材料。然而，由于當前缺乏納米材料組裝技術(shù)特別是一維微納米結(jié)構(gòu)單元宏觀有序的組裝手段，模仿制備此類自然纖維增強結(jié)構(gòu)材料一直是一個重大挑戰(zhàn)。
展開 2）分子結(jié)構(gòu)中不同的振動模式，導致在熱波長處具有多個消光峰。
3）具有優(yōu)異的抗老化、防污、防紫外線能力。多孔結(jié)構(gòu)使得薄膜更具疏水性能。
簡便的涂層制備方法：
研究人員以P(VdF-HFP)、水和丙酮混合物作為前驅(qū)體溶液（水不是溶劑，丙酮是溶劑），采用相轉(zhuǎn)化法制備得到多級次多孔聚合物膜，放置在于基底上然后在空氣中干燥。丙酮的快速蒸發(fā)導致P(VdF-HFP)從水中發(fā)生相分離，從而形成微納米尺度的液滴。水蒸干之后，富含微納米孔道結(jié)構(gòu)的P(VdF-HFP)HP薄膜也就形成了。
值得一提的是，這種涂層可以通過類似刷墻的方式進行施工，對于實際應(yīng)用極具吸引力。可以采用刷涂、浸涂、噴涂等各種工藝，也適用于金屬、木材、塑料凳多種基材。除此以外，P(VdF-HFP)HP還可以做成穩(wěn)固的科循環(huán)的片層材料。
圖2. P(VdF-HFP)HP光學性能
圖3. P(VdF-HFP)HP涂層的通用性
優(yōu)異的輻射冷卻性能：
由于微納米孔道結(jié)構(gòu)的存在，薄膜具有極佳的反向散射太陽光和增強熱輻射的能力。研究發(fā)現(xiàn)，厚度大于300μm，孔隙度超過50%的P(VdF-HFP)HP薄膜半球為0.96， 為0.97。當厚度大于500μm時，可以達到0.98以上。超高的值確保了對太陽光的有效反射，并避免了之前設(shè)計中廣泛使用的銀反光器。
在太陽光強度為890和750 W m-2條件下，涂層可將室溫自然降低6℃左右，冷卻功率為96 W m-2。這一性能足以媲美目前最好的被動輻射冷卻技術(shù)。
圖4. P(VdF-HFP)HP輻射冷卻性能
總之，這項研究利用相轉(zhuǎn)化法開發(fā)了一種操作簡單、成本低廉、可規(guī)模化的多級次多孔聚合物涂層制備方法，實現(xiàn)了高效率的被動輻射冷卻性能，為更宜居的生活環(huán)境，更節(jié)能環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計起到了重要推動作用！
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微納米結(jié)構(gòu)的最新內(nèi)容
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
摘要
在半導體工業(yè)中，晶片檢測系統(tǒng)被用來檢測晶片上的缺陷并找到它們的位置。為了確保微結(jié)構(gòu)所需的圖像分辨率，檢測系統(tǒng)通常使用高NA物鏡，并且工作在UV波長范圍內(nèi)。作為例子，我們建立了包括高NA聚焦和光與微結(jié)構(gòu)相互作用的完整晶片檢測系統(tǒng)的模型，并演示了成像過程。
任務(wù)描述
微結(jié)構(gòu)晶圓
通過在堆棧中定義適當形狀的表面和介質(zhì)來模擬諸如在晶片上使用的周期性結(jié)構(gòu)的柵格結(jié)構(gòu)
摘要
Field Inside Component Analyzer: FMM使用戶能夠分析電磁場在微納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部的分布。為此，任意周期結(jié)構(gòu)(包括透射和反射、介質(zhì)或金屬光柵)內(nèi)的場通過應(yīng)用傅里葉模態(tài)方法/嚴格耦合波分析法(FMM/RCWA)來計算。還可以指定場的哪一部分應(yīng)該可視化:前向傳播的場、后向傳播的場或兩者都要可視化。
我們將焦點放在了元件內(nèi)部場分析儀：FMM上，這是一種允許用戶可視化和研究微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部場分布的工具。分析器現(xiàn)在還可以分析2D周期性結(jié)構(gòu)。
元件內(nèi)部場分析儀：FMM
這個例子演示了如何計算1D或2D周期性微米或納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場分布。
摘要
元件內(nèi)部場分析器：FMM允許用戶可視化和研究微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場分布。為此，使用傅立葉模態(tài)法/嚴格耦合波分析（FMM/RCWA）計算周期性結(jié)構(gòu)（透射或反射、電介質(zhì)或金屬）內(nèi)部的場。還可以指定場的哪一部分應(yīng)該可視化：正向模式、反向模式或兩者同時顯示。
我們將焦點放在了元件內(nèi)部場分析儀：FMM上，這是一種允許用戶可視化和研究微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部場分布的工具。分析器現(xiàn)在還可以分析2D周期性結(jié)構(gòu)。
元件內(nèi)部場分析器：FMM允許用戶可視化和研究微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電磁場分布。為此，使用傅立葉模態(tài)法/嚴格耦合波分析（FMM/RCWA）計算周期性結(jié)構(gòu)（透射或反射、電介質(zhì)或金屬）內(nèi)部的場。還可以指定場的哪一部分應(yīng)該可視化：正向模式、反向模式或兩者同時顯示。
設(shè)計任務(wù)
仿真與設(shè)置：單平臺互操作性
連接建模技術(shù)：超構(gòu)透鏡
? 超構(gòu)透鏡(柱結(jié)構(gòu)分析)
? 傳播到焦點
? 探測器
周期性微納米結(jié)構(gòu)可用的建模技術(shù)：
作為一種嚴格的特征模態(tài)求解器，傅里葉模態(tài)法(也稱為嚴格耦合波分析，RCWA)提供了非常高的精度。雖然計算可能需要一段時間，但對于像這樣復雜的系統(tǒng)，高精度是絕對必要的。
簡介
建模結(jié)果與測量數(shù)據(jù)的比較對于任何光學元件的設(shè)計過程都非常重要。因此，有必要將測量到的高度剖面（例如微結(jié)構(gòu)的高度剖面）導入建模軟件，以評估真實元件的性能。因此，在本文檔中，我們將展示如何使用位圖文件導入高度數(shù)據(jù)。
摘要
建模結(jié)果與測量數(shù)據(jù)的比較對于任何光學元件的設(shè)計過程都非常重要。因此，有必要將測量到的高度剖面（例如微結(jié)構(gòu)的高度剖面）導入建模軟件，以評估真實元件的性能。因此，在本文檔中，我們將展示如何使用位圖文件導入高度數(shù)據(jù)。
簡介
步驟
