常压等离子体对柔性多孔材料表面处理均匀性的研究进展

柔性多孔材料在当今众多前沿科学与技术领域发挥着重要作用,其表面改性将进一步赋予其多样和优异的表面性能,拓展其在功能和智能可穿戴等领域的应用.常压等离子体技术由于低温、低能耗、高效、环保、低成本、不改变材料本体特性、易于实现卷对卷制备等优势,在应用环境、样品材料选择上展现出良好的适应性,在低熔点柔性材料大面积低成本表面处理方面具有很好的应用前景和研究价值.本文综述了近年来常压等离子体柔性多孔材料表面改性的几个实例及在新材料、新能源、环保、生物医学中的应用.探讨了柔性多孔材料常压等离子体均匀处理所遇到的稳定性及渗透性的问题与挑战.综述了本课题组在常压等离子体稳定放电、卷对卷常压等离子体多孔介质处理及内部渗透性和均匀性方面的研究工作,介绍了本课题组在常压等离子体纳米颗粒膜沉积动力学及膜结构调控方面的突破和思路.常压等离子体柔性多孔介质表面处理技术走向应用仍然存在诸多挑战,需要结合常压等离子体的放电方式及特性、处理材料的结构及加工特性、等离子体和材料的相互作用等来进行综合考虑,才能提供合理可行的解决方案.     

软X射线投影光刻技术

软 X射线投影光刻作为特征线宽小于 0 .1μm的集成电路制造技术 ,倍受日美两个集成电路制造设备生产大国重视。随着用于软 X射线投影光刻的无污染激光等离子体光源、高分辨率大视场投影光学系统、无应力光学装调工艺、深亚纳米级镜面加工和多层膜制备、低缺陷反射式掩模、表面成像光刻胶。     

激光微加工技术在集成电路制造中的应用

激光微加工技术以非接触加工方式,高效率、无污染、高精度、热影响区小的优点在微电子集成电路制造中得到了广泛应用.介绍了在集成电路制造封装中采用的激光微调、激光打孔、激光清洗、激光柔性布线和激光微焊技术.     

等离子体光学加工关键技术研究现状

等离子体加工技术是近年来发展起来的先进光学制造技术,具有快速缓解或去除传统光学加工方法导致的表面/亚表面损伤,以及高效、高精度和高分辨率修整光学面形的优势。从等离子体光学加工基本原理出发,基于等离子体激发频率与特征对发生器进行了简要叙述;进一步对各研究机构在等离子体加工技术涉及的射流特性、界面物化反应、损伤去除机理、去除函数、加工热效应和工艺定位等关键技术研究内容及成果进行分析,并对等离子体的新型光学加工技术进行介绍。随着研究的不断深入,构建多物理场和化学反应综合作用下的等离子体加工模型,揭示表面等离子体特性分布与去除函数的内在联系,从而建立准确的去除函数模型,是提高修形精度的发展方向,研究热效应控制方法和补偿策略在降低由热效应带来的修形误差方面起到了重要作用。     

光谱测量在激光加工在线监测上的应用研究进展

随着现代工业的发展,复杂加工环境和对象、大动态范围、高效率和高精度激光加工需求愈加迫切,在线监测并实时优化激光加工参数是一条重要的解决途径。与此同时,激光与物质相互作用时可产生与加工参数、加工过程和目标特性密切相关的光信号和表面光学特性变化,在线测量光信号光谱可分析加工过程和状态,故光谱测量有望成为一种重要的激光加工在线监测手段。实际上,光谱测量已应用于激光焊接、激光切割和钻孔、激光清洗打磨、微纳结构制备和增材制造等几乎所有激光加工工艺,具有分辨率高和光谱信息丰富等特点。分析和总结了用于激光加工在线监测的光谱测量技术,包括等离子体光谱、反射光光谱和非线性光信号光谱等。基于单脉冲和多脉冲激光加工激发等离子体信号的光谱测量,除实现化学成分定性和定量监测外,还可以根据特征谱线相对强度变化实时调焦,根据等离子体温度监测和调控激光加工过程中与热效应相关的物理过程;作为一种无损伤且工作距离较远的监测方法,反射光光谱监测可通过测量特定波段反射光信号光谱积分功率、特征谱线和波段位置和强度来有效监测材料表面清洁度、损伤、色度和成分变化等;而在特定条件下产生的谐波信号、荧光信号和拉曼信号等非线性光信号,尽管应用场景有限,但提供了一种实现成分、焦距和材料损伤等监测的新方法。进而,展望了光谱测量在激光加工在线监测上应用的未来发展趋势,包括多种光信号的光谱协同监测与光、声、温度及图像等多种信号测量的复合监测。同时,人工智能技术与在线监测和激光加工的深入结合将进一步推动激光加工技术的智能化发展。     

未来制造业和加工业中的等离子体

从两组元或三线元等离子体的一些基本性质出发，分析了等离子体在超大规模集成电路生产，扁平显示器技术，光导纤维生产和未来光计算机芯片制造，废物处理，新材料制备等中十分诱人的应用前景。     

电子回旋共振微波等离子体离子束刻蚀技术

电子回旋共振微波等离子体技术在薄膜制备技术、材料的表面处理、离子源和等离子体刻蚀等方面得到了广泛的应用，取得了长足的进展。这些特点在ICF实验制靶过程中有重要应用，如调制靶等，而且加工精度高，能满足ICF制靶的要求。基于在未来的ICF实验中对各种有机膜制备、各种调制靶的制备需求，开展了电子回旋共振微波等离子体技术在薄膜制备和等离子体刻蚀方面的预研工作。     

一种低损耗的对称双楔形太赫兹混合表面等离子体波导

本文研究了一种适用于太赫兹频段的对称双楔形混合等离子体波导.采用有限元法对其混合模式特征进行数值模拟,阐述了波导的传播长度、归一化有效模场面积和品质因子等特性随波导几何参数的变化规律.结果表明,对称双楔形混合等离子体波导在太赫兹频段可获得良好的模场约束能力和低损耗特性,在有效模场面积达到λ2/10280时,传播长度达到51 × 103 μm.波导参数最优时的平行对称楔形波导在忽略波导间串扰时,波导间距小于16 μm时的耦合长度约为8958 μm.通过对比发现,相比于先前的对称微楔形波导结构和对称蝴蝶结波导结构,对称双楔形混合等离子体波导在传输特性和耦合特性方面都具有更大的优势,将在光学力捕获、生物分子传输以及高密度集成电路设计等方面具有潜在的应用前景.     

等离子体制备自修复超疏水涂层纤维

通过低温等离子体聚合交联作用,制备了基于PDMS@ZnO纳米颗粒复合涂层的超耐久、自修复超疏水涤纶纤维.研究了制备工艺对超疏水性、自修复性以及涂层的耐久性和稳定性的影响.结果显示, PET-g-PDMS@ZnO织物表面的水接触角(WCA)可达162.7°,滚动角(SA)为7.5°,经过300次水洗循环和1300次摩擦循环后仍然保持超疏水特性, WCA和SA分别为150.0°和35.0°.分别采用等离子体和加热方法对磨损破坏的涂层进行自修复处理,结果表明等离子体修复效果明显,而热修复只在小载荷下效果明显,并利用扫描电子显微镜、纳米压痕以及X射线光电子能谱测量结果探讨了自修复机理.该研究为等离子体技术在超疏水织物制备中的开发和应用提供理论和技术支撑.     

功能光学纳米Ag薄膜的制备及其光学特性研究

对以热蒸发法制备的超薄Ag薄膜,扫描电子显微镜结果显示其呈纳米尺度的颗粒状,由透射谱测量发现其具有表面等离子体激元特征.检测到不同条件制备纳米Ag薄膜的表面等离子体共振吸收峰的位移规律,且纳米Ag材料具有选择性的透过、反射特性.通过不同的制备条件,得到了在长波范围内透过率超过90％、在表面等离子体共振峰值位置处反射率接近50％且峰位可调的光学薄膜材料.这种薄膜材料有望成为应用在薄膜太阳电池中间层中具有潜在性光管理功能的光学薄膜材料. 关键词： 热蒸发 纳米Ag薄膜 表面等离子体激元 光管理     

后摩尔时代的碳基电子技术:进展、应用与挑战

近六十年来,以硅为核心材料的半导体技术,特别是CMOS集成电路技术推动了人类信息社会的深刻变革,但也逐渐接近其物理极限和工程极限,全球半导体产业已经进入后摩尔时代.半导体性碳纳米管具有高迁移率、超薄体等诸多优异的电学特性,因此成为后摩尔时代新型半导体材料的有力候选.基于碳纳米管的碳基电子技术历经二十余年发展,在材料制备、器件物理和晶体管制备等基础性问题中也已经取得了根本性突破,其产业化进程从原理上看已经没有不可逾越的障碍.因此,本文着重介绍了碳基电子技术在后摩尔时代的本征优势,综述了碳基电子技术的基础性问题、进展和下一步的优化方向,及其在数字集成电路、射频电子、传感器、三维集成和特种芯片等领域的应用前景.最后,本文还分析了碳基电子技术产业化进程中的综合性挑战,并对其未来发展做出预测和展望.     

类富勒烯纳米晶CNx薄膜及其场致电子发射特性

利用微波等离子体增强化学气相沉积技术制备出了CN_x薄膜,并利用x射线光电子能谱、x射线衍射、扫描电子显微镜和Raman光谱等测试手段对所制备的CN_x薄膜的微结构和成分进行了分析.研究了其场致电子发射特性.发现薄膜的结构和场发射特性与反应系中的甲烷、氮气及氢气的流量比有关,当甲烷、氢气及氮气流量比为8/50/50 sccm时,制备的薄膜具有弯曲层状的纳米石墨晶体结构（类富勒烯结构）和很好的场发射特性.场发射阈值电场降低至1.1V/μm.当电场为5.9V/μm时,平 关键词： 类富勒烯 x薄膜')" href="#">CN_x薄膜 场致电子发射 微波等离子体增强化学气相沉积     

面向单晶SiC原子级表面制造的等离子体辅助抛光技术

目前Si基半导体由于其自身材料特性的限制,已经越来越难以满足高速发展的现代电力电子技术对半导体器件的性能要求.SiC作为新一代半导体材料具有显著的性能优势,但由于其属于典型的难加工材料,实现SiC晶圆的高质量与高效率加工成为了推动其产业化应用进程的关键.本综述在回顾近年来SiC超精密加工技术研究进展的基础上,重点介绍了一种基于等离子体氧化改性的SiC高效超精密抛光技术,分析了该技术的材料去除机理、典型装置、改性过程及抛光效果.分析结果表明,该技术具有较高的去除效率,能够获得原子级平坦表面,并且不会产生亚表面损伤.同时针对表面改性辅助抛光技术加工SiC表面过程中出现的台阶现象,探讨了该台阶结构的产生机理及调控策略.最后对等离子体辅助抛光技术的发展与挑战进行了展望.     

激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究

微杂质污染一直是影响精密器件制造质量和使用寿命的关键因素之一.对于微纳米杂质颗粒用传统的清洗方式(超声清洗等)难以去除,而激光等离子体冲击波具有高压特性,可以实现纳米量级杂质颗粒的去除,具有很大的应用潜力.本文主要研究了激光等离子体去除微纳米颗粒过程中的热力学效应:实验研究了激光等离子体在不同脉冲数下对Si基底上Al颗粒去除后的颗粒形貌变化,发现大颗粒会发生破碎而转变成小颗粒,一些颗粒达到熔点后发生相变形成光滑球体,这源于等离子体的热力学效应共同作用的结果.为了研究微粒物态转化过程,基于冲击波传播理论研究,得到冲击波压强与温度特性的演化规律;同时,利用有限元模拟方式研究激光等离子冲击波压强和温度对微粒作用规律,得到了颗粒内随时间变化的应力分布和温度分布,并在此基础上得到等离子体对颗粒的热力学作用机制.     

激光加工技术

激光加工技术是一项集光、机电、材料及检测于一体的先进技术.激光具有的四大特性[1]:高的单色性、方向性、相干性和亮度性.应用激光固有的四大特性,将具有高能量密度的,能被聚焦到微小空间的激光用于加工的方法叫激光加工.激光加工主要涉及:激光焊接、激光切割、激光打标、激光雕刻等.     

新型LIGA掩模板制造工艺研究

LIGA掩模板的制备是LIGA技术中的关键工艺.利用最近发展起来的硅感应耦合等离子体(ICP)深层刻蚀工艺开发出了新型LIGA掩模板.与其它类型的LIGA掩模板相比,该掩模板具有加工工艺简单、价格低廉等优点.利用该LIGA掩模板进行了LIGA技术的研究,得到了比较理想的结果.     

等离子体辅助平板波导的传输特性及应用研究

如何灵活地控制和操纵太赫波是目前研究的热点. 根据电磁波传输理论, 导出了等离子体辅助平板波导的场分布和色散关系表达式, 计算了其传输特性, 并通过全波仿真进行了证实. 结果表明, 等离子体辅助平板波导具有带阻特性, 上边带截止频率等于等离子体频率, 等离子体层越薄, 下边带截止频率越高, 带宽越窄; 阻带内存在两种不同的物理机理, 一种与等离子体和中间媒质的谐振耦合有关, 另一种与表面波的形成有关. 此外, 本文还研究了等离子体频率及碰撞频率对传输特性的影响, 提出了通过改变等离子体频率调谐平板波导滤波器特性的方法. 同时, 采用褶皱金属结构实现了等离子体层, 设计了平板波导传感模型, 通过改变凹槽内的材料的介电常数仿真了其传感特性, 结果表明当材料的介电常数变化0.1%时, 平均截止频率变化1.8 GHz; 通过检测截止频率的变化, 传感器能明显分辨氮、汽油、液态石蜡、甘油和水, 证实了其优良的太赫传感特性. 这项工作对研究太赫波的传输及太赫器件的设计和制备具有指导意义.     

冷等离子体强化制备金属催化剂研究进展

冷等离子体属于非热平衡等离子体,具有较高的电子能量和较低的气体温度,是一种制备金属催化剂的绿色新方法.等离子体强化制备金属催化剂包含复杂的物理和化学多相反应.一方面,等离子体提供的高活性环境不但可以加速化学反应,使反应时间从数小时缩短至数分钟,还可以使热力学或者动力学上不可行的反应发生,实现非常规制备;另一方面,等离子体强化制备过程中,在介观尺度上等离子体对相接触行为的影响,可使获得的金属催化剂结构区别于传统方法制备的催化剂.本综述总结了冷等离子体制备金属催化剂的反应器结构、物理化学机理、获得金属催化剂的结构特性、制备面临的挑战,并对未来发展进行了展望.重点阐述了冷等离子体反应器、制备机制及其对金属催化剂结构和性能的影响.     

非热等离子体材料表面处理及功能化研究进展

等离子体技术在现代材料制备和表面处理过程中起着重要的作用.本文聚焦于非热等离子体(NTP)材料表面处理及功能化应用,重点综述NTP在材料表面处理及功能化过程中的最新研究进展,包括激励产生等离子体的等离子体源、NTP材料表面处理及功能化工艺以及具体应用.其中,激励产生等离子体的等离子体源包括感应耦合等离子体/容性耦合等离子体、电子回旋共振/表面波等离子体、螺旋波等离子体、大气压射流等离子体和介质阻挡放电等; NTP材料表面处理及功能化工艺包括等离子体表面接枝和聚合、等离子体增强化学气相沉积和等离子体辅助原子层沉积、等离子体增强反应刻蚀和等离子体辅助原子层刻蚀工艺等;等离子体表面处理及功能化的具体应用领域包括亲水/疏水表面改性、表面微纳加工、生物组织表面处理、催化剂表面处理等.最后提出了NTP技术材料表面处理及功能化的应用前景与发展趋势.     

基于等离激元多重杂化效应的光吸收结构

近年来,以聚合物为代表的高分子材料由于具有比其他光吸收材料(如半导体材料、碳基材料以及贵金属纳米材料)更好的柔性和粘弹性而受到广泛关注.本文基于等离子体再聚合技术和磁控溅射工艺在聚合物材料层上制备了具有等离激元多重杂化效应的光吸收结构,该结构具有宽谱高吸收特性.该结构的制备工艺简单易行,对不同聚合物材料具有通用性,在光学器件领域具有广泛的应用前景.