微纳金属光学结构制备技术及应用_谢常青

微纳金属光学结构制备技术及应用_谢常青
微纳金属光学结构制备技术及应用_谢常青

第31卷 第9期光 学 学 报V ol .31,N o .92011年9月

ACTA OPTICA SINICA

September ,2011

微纳金属光学结构制备技术及应用

谢常青

1,2

 朱效立

1,2

 牛洁斌

1,2

 李海亮

1,2

 刘 明

1,2

 陈宝钦

1,2

 胡 媛

1,2

 史丽娜

1,2

1中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室,北京1000292

中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室,北京100029

摘要 微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈。针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势,报道了基于电子束、X 射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术。针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系,基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成,利用X 射线光刻进行高高宽比微纳图形复制,再利用低成本接近式光学光刻技术进行金属加强筋制作。还报道了自支撑X 射线金光栅衍射效率和抗振测试结果。关键词 光学制造;微纳光学结构;电子束光刻;X 射线光刻;自支撑薄膜

中图分类号 O436.1;T N 305.7 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 201131.0900128

Micro -and Nano -Metal Structures Fabrication

Te chnology and Applications

Xie Changqing 1,2 Zhu Xiaoli 1,2 Niu Jiebing 1,2 Li Hailiang

1,2

Liu Ming 1,2 Chen Baoqin 1,2 Hu Yuan 1,2 Shi Lina 1,2

1

Key Laboratory of Nano -Fabrication and Novel Devices Int egrated Technology ,

Instit ut e of Microelect ronics ,Chinese Academy of S ciences ,Beijing 100029,China

2

Key Laboratory of Microelect ro nics Devices and Int egrated Technology ,Instit ut e of Microelect ro nics ,

Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100029,China

Abstract Fabrication of micro -and nano -optica l structures has been the technic al bottlenec ks in the development of m icro -and nano -photonic devic es .I n order to meet the small size ,high precision and wide a pplications requirements raised by micro -and na no -optical structure fabric ation tec hnologies ,we report the electron beam /X -ray /optical mixed lithography technology for the fabrication of micro -and nano -optica l structures .Home -ma de microlithogra phy data processing technology is developed for the generation of complex patterns of micro -and nano -optical photonic devices ,1×high -resolution patterning of the membrane -type masks is carried out by a vector -scanned electron beam lithography tool ,high -aspect -ratio micro -and nano -optical patterns are replicated by X -ray lithography ,and acc urate overlay between X -ray lithography and low -cost optic al proximity lithography is carried out for the generation of metal ribs .The results of diffraction efficiency test and seismic experiment for free -standing X -ray gold gratings are also reported .

Key wo rds optical fabrication ;micro -and nano -optical structures ;electron beam lithography ;X -ray lithography ;free -standing membrane OCIS co des 220.3740;130.3990;220.4241;220.4000

收稿日期:2011-05-30;收到修改稿日期:2011-07-02

基金项目:国家973计划(2007CB935302)资助课题。

作者简介:谢常青(1971—),男,研究员,博士生导师,主要从事微纳光学结构制作及衍射元件、光学掩模应用等方面的研究。E -mail :xiechangqing @ime .ac .cn

1 引 言

微纳光学结构制备技术是指将现有的大规模集成电路设备、工艺加以改进和提高,在微米到纳米尺

度范围内进行尺寸可控、定位精确、一致性好的任意光学结构加工,其目标是实现设定的光学功能。在红外、可见光、紫外、极紫外(EUV )乃至X 射线波

光 学 学 报

段,借助微纳光学结构制备技术,人们可以在微米、纳米尺度上对光波的物理特性进行调控和利用,实现传统光学难以完成的任意波面变换光学功能,符合现代光学仪器集成化、智能化的发展趋势,具有重大的前沿科学意义与应用前景。

长期以来,由于缺乏高精度微纳光学结构加工装备、工艺集成难度大、缺乏核心专利和技术标准等诸多原因,我国微纳光学结构制备技术远落后于西方先进国家,导致我国的微纳光子学器件研究大多集中于理论基础和设计方法[1]

,高精度微纳光子学器件加工制作、性能测试和系统应用的研究报道较少,批量化生产微纳光子学器件的研究报道更少。这不仅导致我国一些重大工程急需的一些微纳光子学器件不能自给,而且也影响了我国微纳光子学的学科发展。

微纳光学的发展由大规模集成电路工艺水平的进步所推动[2]

。微纳光学结构制备技术,尤其是先进的光刻、刻蚀和薄膜沉积技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈。早在1964年科研人员就利用当时最先进的集成电路制版设备制作了世界上第一张计算机全息图[3]

。20世纪70年代,我国科学家在缺乏先进集成电路制版设备的情况下,利用大型刻绘图机研制成功用于1k 集成电路的光学光刻掩模版,金属光学结构分辨率达到10μm [4]

。20世纪80年代,基于同步辐射装置,我国科学家开展了X 射线光刻技术和X 射线微纳光子学器件的研究[5]。近年来,针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势,为满足我国激光惯性约束

聚变等离子体诊断系统、先进同步辐射装置、极紫外光刻装置和天文探测装置等多项国家重大工程对微纳光子学器件的迫切需求,借鉴微电子器件光刻技术

的发展经验,本课题组提出了基于电子束、X 射线和接近式光学混合光刻的微纳金属光学结构制备技术,研制成功10多种类型的微纳光子学器件,所研制的器件成功应用于多项国家重大工程。本文报道了近年来本课题组在这方面的研究工作情况。

2 X 射线微纳光子学器件结构及制备

技术

在X 射线波段,没有任何一种材料在比较厚时能对X 射线完全透明,也没有任何一种材料在比较薄时能完全吸收X 射线,因此X 射线波段的微纳光子学器件的结构是在低原子序数的自支撑薄膜(如氮化硅、碳化硅和氮化硼等)上形成微纳米尺度的高高宽比高原子序数金属(如A u 、Ta 和W 等)结构,如图1所示。为了提高反差,要求吸收体厚度尽可能厚(对于高能X 射线,其厚度通常要求大于1μm ),而自支撑薄膜尽可能薄(对于EUV ,通常要求小于50nm 甚至镂空)。为了提高分辨率,要求吸收体线周期尽可能小;为了提高衍射效率,要求吸收体线空比控制尽可能精确,吸收体剖面尽可能陡直。毫无疑问,在极薄或镂空的自支撑薄膜上制作微纳尺度、高高宽比、陡直、占空比接近1∶1的高原子序数金属结构,极大地挑战微纳光学结构制备技术的极限

图1X 射线微纳光子学器件示意图。(a )俯视图;(b )剖面图

Fig .1Schemes of the X -r ay mic ro -and nano -pho tonic dev ices .(a )T o p view ;(b )side view

微纳光学结构制备技术可以分为以刻蚀为主的

减法工艺和以电镀为主的加法工艺两种。对于微纳金属光学结构,考虑到线宽控制、选择比、聚合物和微负载效应等诸多技术难题,目前的高密度电感耦合等离子体刻蚀技术水平很难满足需求,因此国际上微纳金属光学结构制作大部分是基于加法工艺进

行的,其关键是高分辨率的光刻技术,包括电子束光刻、激光全息光刻、纳米压印、聚焦离子束、机械刻划、X 射线光刻、激光直写[6]和表面波等离子体光刻等。其中电子束光刻法可以获得最高的分辨率,采用氢硅倍半氧烷(H SQ )工艺,当前分辨率可以达到4.5nm [7],但是其胶厚仅为10nm ,并没有研制出相

谢常青等: 微纳金属光学结构制备技术及应用

应的器件。采用两次电子束叠加光刻研制的波带片最外环宽度可以达到12nm

[8]

,但是金厚度仅为30

nm ,而且工艺复杂。采用电子束光刻和三层胶工

艺,Ni -Ge 两层复合金属光学结构的分辨率可以达到16nm ,总厚度为100nm [9],而对于最外环宽度达100nm 的金波带片[10]

,金吸收体厚度为1μm ,高高宽比达到10∶1,但是相应的器件性能没有报道。基于X 射线光刻技术研制的波带片最外环宽度达到450nm ,金厚度高达4.6μm

[11]

尽管电子束光刻技术,尤其是当今最先进的

100keV 电子束光刻技术在微纳光学结构制备方面取得了诸多重要进展,但是难题仍然存在,主要包括:1)由于邻近效应影响,电子束光刻分辨率随着光刻胶厚度增加而呈指数下降,导致高高宽比的纳米光刻胶图形难于制作;2)很多微纳光学结构图形呈非周期性变化,也不是直线,图形尺寸分布范围从微米到纳米,邻近效应很难补偿,微光刻数据量也急速上升,影响了定位精度;3)电子束光刻分辨率受灯丝状况影响,当灯丝运行时间超过1000h ,电子束聚焦束斑形状会逐步恶化;4)电子束光刻采用串行直写方式,效率很低,成本很高。当然,无论对于光学光刻、纳米压印还是X 射线光刻,电子束光刻技术都是生成掩模版的主要手段。

3 基于电子束、X 射线和接近式光学混

合光刻的微纳金属光学结构制备

X 射线光刻从2000年开始投入化合物半导体生产线[12]。其原理非常简单,入射X 射线经过1∶1X 射线掩模后直接入射到光刻胶表面,除具有无像差、分辨率高、焦深大、衬底无反射和生产效率高等固有优点外,X 射线固有的高穿透性使X 射线光刻特别适合于制作高高宽比光刻胶图形,而这正是微纳金属光学结构制作所需要的。基于电子束、X 射线和接近式光学光刻各自的优越性,提出了基于电子束、X 射线和接近式光学混合光刻的微纳金属光学结构制备方法,其原理如图2所示。首先利用电子束光刻技术在自支撑薄膜上制备低高宽比X 射线掩模,然后利用X 射线光刻进行高高宽比微纳图形复制,最后再利用低成本接近式光学光刻技术[13]套刻微米级、厚度大于2μm 的吸收阻挡层。该方法充分利用了电子束光刻高分辨任意图形发生能力、X 射线光刻陡直的高高宽比光刻能力和接近式光学光刻的低成本等优点,详细工艺步骤可参考相关文献[14~19]

图2微纳金属光学结构制备工艺基本流程

Fig .2Basic pro ce ss flo w char t for the fabrica tion of micro -and nano -metal structur es

3.1 微纳光子学器件的微光刻数据处理体系

微纳光学结构制备的第一步是要把设计的器件图形进行数据处理与格式转换,把设计者意图转换

为电子束曝光系统所能识别的数据,这种转换通常是基于主流集成电路版图设计软件(如Tanner L -Edit 等)进行的。这类主流设计软件支持基于标准

光 学 学 报

单元的掩模版图自动生成,但是对于圆弧和任意函数曲线等复杂图形必须采用手工绘图方法进行图形编辑,而这通常是一些微纳光子学器件所需要的,并且目前图形生成器所产生的任意一个多边形的顶点数不得超过200个,既影响数据精度和效率,也增加了微光刻数据量和电子束光刻成本。为此以Tanner L -Edit 为架构,二次开发了可处理任意角度、任意曲线及复杂图形的光学掩模与纳米器件版

图设计软件,开发了通用的微纳光子学器件图形类库,对波带片、光子筛、复杂光栅等各种函数曲线图形以及任意椭圆或圆形组成的图形数据进行输入优

化,弥补了主流集成电路版图设计软件无法自动处理复杂、任意图形的缺陷,提高了复杂图形的数据处理精度和效率。图3给出了一个典型的采用该软件自动生成的聚焦光子筛光学器件[20,21]图形数据

图3光子学器件复杂图形微光刻数据处理系统

F ig .3M icro litho gr aphy data pro cessing sy stem fo r the g ener ation of co mplex patter ns of micro -and nano -photonic devices

3.2 基于自支撑薄膜的电子束光刻技术

如上所述,制作的X 射线掩模所采用的电子束光刻技术是在自支撑薄膜上进行的。基于自支撑薄膜的具有实际图形转移功能的纳米电子束光刻技术,可以较常规电子束光刻技术大大提高分辨率。其原因是在石英或硅片衬底上进行电子束光刻时,入射高能电子束经过光刻胶后会在衬底中发生散射,不仅使光刻胶中有图形的区域受到曝光,同时也使其邻近区域的光刻胶曝光,从而导致显影后光刻

胶图形发生变形,边缘模糊,陡度下降,图形的形状向邻近区域扩展。而基于自支撑薄膜进行电子束光刻,入射高能电子束透过光刻胶和自支撑薄膜后大部分会消失,只有极少数入射电子会发生背散射。采用蒙特卡罗方法分别模拟了50和100keV 的高能入射电子束在硅片衬底和自支撑薄膜上的散射情况,结果如图4(a ),(b )所示,证实了上述分析。图4(c ),(d )给出了电子束极限分辨率光刻的实验结果,其中图4(c )的网格线宽为5nm ,图4(d )的点阵分辨率为20nm

图4电子束光刻模拟与实验结果。(a )50keV ;(b )100keV ;(c )5nm 图形;(d )20nm 图形Fig .4Simula ted and ex perimental r esults o f electro n beam lithog raphy .(a )50keV ;(b )100keV ;

(c )5nm la ttices ;(d )20nm dot ar ray s

3.3 用于高高宽比金属微纳结构的X 射线光刻复制

X 射线光刻在制作具有陡直剖面的纳米级图形方面具有独一无二的优势[22]。本文的X 射线光刻复制工作是基于北京同步辐射装置和国家同步辐射实验室同步辐射装置

[23]

进行的,使用的X 射线波长

范围为0.5~2.0nm 。为了进一步提高X 射线光刻

复制质量,采用了三种技术改进措施:将X 射线掩模进行相应的图形校正以抵消X 射线光刻过程中直边菲涅耳衍射引起的图形邻近区域扩展;采用先进行图形复制再进行体硅腐蚀的方案以有效减小掩模和基底之间的间隙;采用一个环形的高强度钕铁硼永磁体将掩模和衬底紧压在一起,使得曝光间隙

谢常青等: 微纳金属光学结构制备技术及应用

大幅减小。由永磁体产生的磁力是恒定的,每次曝光的间隙可以很好地保持一致,从而保证了X 射线光刻复制的重复性。

采用X 射线光刻复制方法制备了系列微纳光学元件[24~26],复制采用聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA )光刻胶或ZEP520A 光刻胶,之后以显影后的光刻胶为模子进行脉冲电镀,从而将光刻胶的图形转换成金结构。部分实验结果如图5所示。在

北京同步辐射装置和国家同步辐射实验室同步辐射装置上都得到了同样的曝光结果。

X 射线强大的穿透能力使X 射线光刻成为一种优异的深度光刻工具。图6表示的是研制的部分硬X 射线波带片[27]和金微柱阵列结构[28]。其中硬X 射线波带片的最外环宽度为200nm ,高度为2.8μm ,高宽比达到14∶1。金微柱阵列结构的高度为4μm ,侧壁陡直光滑

图5X 射线光刻实验结果。(a )3333line /mm 光栅胶结构;(b )300nm 周期金属光栅结构;(c )5000line /mm

光栅光刻胶结构;(d )200nm 周期金属光栅结构

Fig .5Experimental results of X -ray lithog raphy .(a )Cross -sectional SEM image o f 3333line /mm resist structure ;(b )

SEM imag e of 150-nm -half -pitch metal g rating str ucture ;(c )SEM imag e of 5000line /mm resist structur e ;(d )S EM image of 100-nm -half -pitch metal g rating

structure

图6高高宽比结构。(a )硬X 射线波带片截面;(b )硬X 射线波带片最外环;(c )金属微米柱阵列

Fig .6Structures with high aspect ratio .(a )Cr oss -sectio nal SEM image of har d X -ray zone plate with 200nm outermo st

zo ne ;(b )top -dow n SEM image o f ha rd X -ray zone plate with 200nm outermo st zone ;(c )cro ss -sectional S EM image of me tal micr o -column ar ray

3.4 基于接近式光学光刻的厚吸收体阻挡层形成

及器件集成

部分X 射线微纳光子学器件所应用的波段要

求覆盖0.2~10keV ,低能X 射线波段为了提高效率和避免污染要求实现全镂空,高能X 射线波段为了抑制噪声则要求将金属图形以外的区域制作更厚的金吸收体。为此采用低成本的接近式光学套刻和电镀的方法制备厚金加强筋结构,并结合高密度等离子体刻蚀的方法去除X 射线微纳光子学器件图形之间的底衬,获得完全镂空的结构。一个典型的结果,3333line /mm 的全镂空X 射线金属透射光栅如图7所示。

4 微纳X 射线光学器件的测试及

应用

对微纳X 射线光学器件进行衍射模式测试和衍射效率标定是验证其性能的必要步骤。本课题组的测试工作是在国家同步辐射实验室光谱辐射标准和计量实验站[29~32]

进行的。图8是研制的3333line /mm 全镂空X 射线透射光栅对波长5nm X 射线的测试结果。各级衍射峰、甚至第9级次衍射峰都能清晰分辨,表明该光栅具有很好的色散特性。由测量结果拟合得到光栅占空比数值为0.48,接近理想值0.5。

光 学 学

图73333line /mm 全镂空X 射线金属透射光栅。(a )低倍率SEM 照片;(b )镂空结构

Fig .73333line /mm free -standing X -ray metal t ransmissio n g ra ting .(a )SEM photo with low magnifica tion ;

(b )free -standing

structures

图8自支撑金属光栅5nm 波长处的测试结果。(a )全谱;(b )负高级次;(c )正高级次

Fig .8T r ansmissio n measurements o f free -standing metal g rating s at 5nm wav eleng th .(a )F ull spectrum ;

(b )high neg ativ e or der s ;(c )high positiv e or der s

X 射线天文学是当代全电磁波段天文的重要组

成部分。针对太阳观测光谱仪中的应用[33],在30.4nm 波长处进行了全镂空X 射线透射光栅倾转衍射效率测试,以期获得太空中对准出现偏差时的实验数据。测试结果如图9所示,充分表明了透射光栅光谱仪的优势,即使在入射光偏离±6°的情况下,衍射效率依然能够基本保持不变。这一点在航天探测应用中尤为重要,在卫星姿态调整不够准确的情况下仍然可以保证载荷有效工作

图9绝对效率随光栅倾斜角度变化情况

F ig .9Absolute diffr action efficiency ve rsus tilting ang le

of fr ee -standing metal gr atings

同时在中国科学院空间科学与应用研究中心对全镂空X 射线透射光栅进行了振动测试,模拟火箭发射时振动的情况,判断全镂空X 射线透射光栅是否可以保持完整性。将待测的全镂空透射光栅固定在振动仪测试台上,对光栅进行了X ,Y 和Z 3个方向的随机振动测试,振动加速度为6g ,振动频率为2000H z ,振动时间为每方向4min 。之后在国家同步辐射实验室对振动后的光栅重新标定,绝对衍射效率测试结果与之前测得的数据完全一致。实测结果表明,该全镂空透射光栅可以承受航天器发射和运行环境。

5 结 论

微纳光学结构制备技术是实现微纳光子学器件应用的核心环节。针对在空间天文探测、激光惯性约束聚变激光等离子体诊断、同步辐射和先进光刻设备等领域的需求,基于实验室现有的集成电路设备和工艺基础,提出了基于电子束、X 射线和接近式

光学混合光刻的微纳金属光学结构制备技术。充分利用电子束光刻高分辨任意图形发生能力、X 射线光刻陡直的高高宽比光刻能力和接近式光学光刻的

谢常青等: 微纳金属光学结构制备技术及应用

低成本等优点,研制成功10多种类型的X射线微纳光子学器件,器件总数量超过600块,其中大部分器件成功应用于国家重大工程。

致谢 作者感谢长期以来支持本文工作的合作者,他们包括:国家同步辐射实验室田扬超教授、刘刚副教授;北京同步辐射装置的伊福廷研究员;中国工程物理研究院激光聚变中心刘慎业研究员、江少恩研究员、曹磊峰研究员、况龙钰工程师;中国科学院空间科学与应用研究中心韦飞副研究员;上海光源的邰仁忠研究员;清华大学李群庆教授;南京理工大学高志山教授;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所金春水研究员;中国科学院光电技术研究所胡松研究员;北京工业大学陈涛研究员等。谨以本文献给中国微细加工技术的开拓者之一,已故的原中国科学院微电子研究所陈梦真研究员。

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23Zh ou H ongjun,Zhong Pengfei,H uo T on glin et a l..C leaning of carbon contamination on Si w afer w ith activated oxygen by synchrotron radiation[J].Acta Optica S inica,2010,30(3): 907~910

 周洪军,钟鹏飞,霍同林等.同步辐射活化氧清洗碳污染的研究[J].光学学报,2010,30(3):907~910

24C huanke W an g,Longyu Kuan g,Zh ebin Wang e t a l..Phase-type quantum-dot-array diffraction grating[J].Rev.Sci.Instr um., 2008,79(12):123502

25Dong Jianjun,C ao Leifeng,C hen M ing et al..Study on th e focus performance of micro-focus Fres nel zone plate[J].Acta P hysica

光 学 学 报

S inica,2008,57(5):3044~3047

 董建军,曹磊峰,陈 铭等.微聚焦菲涅耳波带板聚焦特性研究[J].物理学报,2008,57(5):3044~3047

26Longyu Kuang,Ch uanke Wang,Zh ebin W an g e t al..Quantum-dot-array diffraction g rating with sin gle order diffraction property for soft X-ray region[J].Rev.Sci.Instrum.,2010,81(7): 073508

27M a Jie,Cao Leifeng,Xie Changqing e t a l..Fab rication of high aspect-ratio-hard X-ray zone plates with s upporting structures [J].Opto-E lectronic Eng ineerin g,2009,36(10):30~34

 马 杰,曹磊峰,谢常青等.带支撑结构的大高宽比硬X射线波带片制作[J].光电工程,2009,36(10):30~34

28W ang Yanbin,T ang Yongjian,Zhu Xiaoli et al..Fabrication of micro-column array filled with C H for ICF target[J].Atomic Ener g y S cience and Techno log y,2011,45(4):452~455

 王衍斌,唐永建,朱效立等.微米柱阵列ICF埋点靶的制备[J].

原子能科学与技术,2011,45(4):452~455

29Qiu Keqiang,Xu Xiangdong,Liu Ying et al..Design and fabrication of g old transmission phase gratings for soft X-ray[J].

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 邱克强,徐向东,刘 颖等.软X射线位相型金透射光栅的设

计与制作[J].物理学报,2008,57(10):6329~6334

30Bin S heng,Xiangdong Xu,Ying Liu et a l..Vacuum-u ltraviolet blazed silicon grating anisotropically etched by native-oxide mask [J].Op t.Lett.,2009,34(8):1147~1149

31S hengnan He,Ying Liu,Jingtao Zhu et a l..SiC/W/Ir multilayer-coated grating for en han ced efficiency in50~100nm w avelength range in Seya-Namioka moun t[J].Op t.Lett.,2011, 36(2):163~165

32Zhu Weizhong,W u Yan qing,Gu o Zhi et a l..T he desig n, fab rication and perform an ce of a large area10000line/mm metal transmis sion diffraction gratings for soft X-ray[J].Acta P hysica S inica,2008,57(10):6386~6392

 朱伟忠,吴衍青,郭 智等.大面积10000line/mm软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测[J].物理学报,2008,57(10): 6386~6392

33Bai Liang,Zhu Jingtao,Xu Jing et al..M u ltilayer film reflective mir ro r at30.4nm[J].Acta Op tica S inica,2009,29(9): 2615~2618

 白 亮,朱京涛,徐 敬等.30.4nm波长处M g基多层膜反射镜[J].光学学报,2009,29(9):2615~2618

微纳光学结构及应用

1引言微纳光学主要指微纳米尺度的光学效应,以及利用微纳米尺度的光学效应开发出的光学器件、系统及装置。微纳光学不仅是光电子产业的重要发展方向之一,也是目前光学领域的前沿研究方向。微纳光学的发展是由大规模集成电路工艺水平的进步所推动的。早在20世纪50年代,德国著名教授A.W.Lohmann [1]就考虑到利用光栅的整体相移技术对光场相位编码,以实现对光波的人工控制。1964年夏季,A.W.Lohmann 教授指导大学生Byron ,利用IBM 当时先进的制版设备演示了世界上第一张计算机全息图。随后的衍射光学进展都可以看作是人为地控制或改变光的波前,从这个意义上说,这个工作具有革命性的意义。随着半导体工艺技术的进步,微米尺度的任意线 宽都可以加工出来。由此,达曼提出一种新型的微光学分束器件,后人叫做达曼光栅[2]。达曼光栅通过任意线宽的二值相位调制,将一束激光分成多束等强度的激光。其制作充分利用了微电子工艺技术,是一个典 型的微光学器件[3]。 达曼光栅一般能产生一维或者二维矩阵的光强分布。周常河等[4]提出了圆环达曼光栅,也就是不同半径的圆孔相位调制,实现多级等光强的圆环分布。我们知道,圆孔的傅里叶变换是贝塞尔函数,而矩形的傅里叶变换是SINC 函数,因此,虽然达曼光栅和圆环达曼光栅的物理本质一样,但是其数学处理却不相同[5]。随着制造技术水平的进步,出现了一些纳米光学领域的新概念:光子晶体(Photonic Crystal )[6]、 表面微纳光学结构及应用 Micro-&Nano-Optical Structures and Applications 摘要简短回顾微纳光学的几个重要研究方向,包括光子晶体、表面等离子体光学、奇异材料、负折射、隐身以及 亚波长光栅等。微纳光学不仅成为当前科学的热点研究领域,更重要的是,微纳光学是新型光电子产业的 发展方向,在光通信、光存储、激光核聚变工程、激光武器、太阳能利用、半导体激光、光学防伪技术等诸多 领域,起到了不可替代的作用。 关键词微纳光学;纳米制造;微纳光学产业 Abstract Important areas of micro -and nano -optics are introduced,which include photonics crystal, plasmonics,metamaterials,negative -index materials,cloaking,subwavelength gratings and others. Micro -and nano -optics is not only the hot subject of the current scientific research,and more importantly,it reflects the new direction of the optoelectronics industry,which will be widely used in optical communications,optical storage,laser fusion facility,laser weapon,utilization of solar energy, semiconductor laser,optical anti-faking and others areas. Key words micro-&nano-optics;nanofabrication;micro-&nano-optical industry 中图分类号TN25doi : 10.3788/LOP20094610.0022

可控沉淀技术制备纳微结构药物颗粒

万方数据

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?1724?化工学报第61卷 也在其公开发表的综述论文中指出“……超重力法 制备新工艺,由于易放大、简单、高效纳米化等优 点,是药物纳米化的下一代战略性技术……,,[2lJ。 4药物构型的密度泛函计算 药物的疗效取决于药物本身的性质、纯度、剂 量、生产工艺、给药途径、给药时机等因素。一些 药物由于晶型不同在药效及其他方面产生的差异已 经逐步得到证实。同一药物的不同晶型在外观、溶 解度、熔点、溶出度、生物有效性等方面可能会有 显著不同,从而影响了药物的稳定性、生物利用度及疗效。药物多晶型现象是影响药品质量与临床疗效的重要因素之一,晶型对药效的影响是目前药学界关心的问题。目前鉴别晶型主要是针对不同的晶型具有不同的理化特性及光谱学特征来进行的,如XRD、FT—IR和核磁共振等实验方法。近年来,利用计算机分子模拟和量子化学理论辅助预测药物多晶型也有了较大的发展【2引。 本课题组利用密度泛函理论(densityfunctionaltheory)研究了抗前列腺癌药物比卡鲁胺和降血脂药物非诺贝特的构型。XRD实验结果已证实比卡鲁胺有两种晶型,分别为FormI和FormⅡ,目前只有FormI具有药效[2引。通过计算,得到了两种稳定构型A和B,其中A的几何构型参数与XRD结果得到的FormI吻合较好,B的构型参数与FormⅡ相吻合(如图3所示),且计算结果表明A相对于B更加稳定[2引。 对于非诺贝特目前实验只报道了一种晶型,而通过计算可以得到3种稳定构型A、B和C(如图4所示),其中A能量最低,且其几何构型参数与XRD实验结果一致心争26‘。研究表明可以用理论计算来预测药物的多晶型结构,以期更有效地指导药物纳微化工程和应用。 5液相沉淀法制备纳微结构药物的研究 5.1反应沉淀法 5.1.1吉非罗齐的微粉化研究吉非罗齐是一种非卤化的氯贝丁酯类降脂药物,在肠胃内的溶解度和溶解速率都很低,这使得药物口服后的有效吸收量和生物利用度都比较低。Huang等¨7]报道了采用反应沉淀法制备吉非罗齐的超细颗粒。研究了反应体系、酸碱溶液浓度、酸碱溶液体积比、混合温 图3比卡鲁胺晶型的DFT计算结果和xRD 实验结果比较 Fig.3Compa“sonofDFTcalculationsofbicalutamideconformersandX—raydiffractionanalysis 图4非诺贝特构型的DFT计算结果 Fig.4DFTcalculationsoffenofibrateconformers度、干燥方式等实验参数对吉非罗齐颗粒形貌与大小的影响,并确定较优实验条件为:反应体系为Na0H—H2SO。体系,Na()H与H2SO。的浓度分别为O.15、0.225m01.L~,表面活性剂为甲基纤维素(MC),用量为药物质量的5%,搅拌转速为5000r?min~,搅拌时间为30min,反应体系温度为5℃,干燥方式为喷雾一冷冻干燥法。在此条件下得到的吉非罗齐超细干粉颗粒的SEM照片如图5所示,颗粒平均粒径为1.25pm,比表面积为11.02m2?g~,约为原料药的6倍。吉非罗齐超细干粉颗粒与原料药具有相同的晶型、结构和成分,但微粉化产品的结晶度明显低于原料药。体外溶出实验表明(图6),在第120min时,微粉化产品的溶出量为91.2%,而此时吉非罗齐原料药的溶出量仅为23.6%。 5.1.2琥珀酸舒马普坦的微粉化研究琥珀酸舒马普坦是第一个上市的治疗急性偏头疼发作的曲坦类药物。目前,琥珀酸舒马普坦有口服给药、皮下注射、鼻腔给药和直肠给药4种剂型。但这4种剂 型存在一些不足:口服给药因为受过效应而生物利 万方数据

作业及答案

2.诚信公司20 x9年10月发生部分经济业务如下: (1) 10月2日,将款项交存银行,开出银行汇票一张,金额为 40000元,由采购员王强携往沈阳以办理材料采购事宜。 (2) 10月5日,因临时材料采购的需要,将款项50000元汇往上海交通银行上海分行,并开立采购专户,材料采购员李民同日前往上海。 (3) 10月9日,为方便行政管理部门办理事务,办理信用卡一张,金额为12000元。 (4) 10月13日,采购员王强材料采购任务完成回到企业,将有关材料采购凭证交到会计部门。材料采购凭证注明,材料价款为31000元,应交增值税为5270元。 (5) 10月14日,会计入员到银行取回银行汇票余款划回通知,银行汇票余款已存入企业结算户。 (6) 10月17日,因采购材料需要,委托银行开出信用证,款项金额为150000元。 (7) 10月20日,材料采购员李民材料采购任务完成回到本市,当日将采购材料的有关凭证交到会计部门,本次采购的材料价款为40000元,应交增值税为6800元。 (8) 10月22日,企业接到银行的收款通知,上海交通银行上海分行采购专户的余款已转回结算户。 (9) 10月25日,行政管理部门小王用信用卡购买办公用品,支付款项3200元。 (10) 10月28日,为购买股票,企业将款项200000元存入海通证券公司。 要求:根据上述经济业务编制会计分录。 (1)借:其他货币资金——银行汇票40 000 贷:银行存款40 000 (2)借:其他货币资金——外埠存款50 000 贷:银行存款50 000 (3)借:其他货币资金——信用卡12 000 贷:银行存款12 000 (4)借:材料采购31 000 应交税费——应交增值税(进项税额) 5 270 贷:其他货币资金——银行汇票36 270 (5)借:银行存款 3 730 贷:其他货币资金——银行汇票 3 730 (6)借:其他货币资金——信用证150 000 贷:银行存款150 000 (7)借:材料采购40 000 应交税费——应交增值税(进项税额) 6 800 贷:其他货币资金——外埠存款46 800 (8)借:银行存款 3 200 贷:其他货币资金——外埠存款 3 200 (9)借:管理费用 3 200 贷:其他货币资金——信用卡 3 200 (10)借:其他货币资金——存出投资款200 000 贷:银行存款200 000 3.3.星海公司20 x9年6月30日银行存款日记账的余额为41 100 元,同日转来的银行对

微纳光子学

微纳光子学主要研究在微纳尺度下光与物质相互作用的规律及其光的产生、传输、调控、探测和传感等方面的应用。微纳光子学亚波长器件能有效提高光子集成度,有望像电子芯片一样把光子器件集成到尺寸很小的单一光芯片上。纳米表面等离子体学是一新兴微纳光子学领域,主要研究金属纳米结构中光与物质的相互作用。它具有尺寸小,速度快和克服传统衍射极限等特点,有望实现电子学和光子学在纳米尺度上的完美联姻,将为新一代的光电技术开创新的平台。金属-介质-金属F-P腔是最基本的纳米等离子体波导结构,具有良好的局域场增强和共振滤波特性,是制作纳米滤波器、波分复用器、光开关、激光器等微纳光器件的基础。但由于纳米等离子体结构中金属腔的固有损耗和能量反射,F-P腔在波分复用器应用中透射效率往往较低,这给实际应用带来不利。 最近,科研人员提出了一种提高表面等离子体F-P腔波分复用器透射效率的双腔逆向干涉相消法。该方法能有效避免腔的能量反射,使入射光能完全从通道端口出射,极大增强了透射效率。此设计方法还能有效的抑制噪声光的反馈。同时,科研人员利用耦合模方法验证了这种设计方法的可行性。这种波分复用器相比目前报道的基于F-P单腔共振滤波的波分复用器的透射效率提高了50%以上。相关的成果于2011年6月20日发表在Optics Express上,论文题目为:Enhancement of transmission efficiency of nanoplasmonic wavelength demultiplexer based on channel drop filters and reflection nanocavities。 “新兴光器件及集成技术专题报告会”上发布《纳米光子学对光子技术更新换代的重要作用》精彩演讲。报告摘要;从上世纪70年代开始,光子学进入微光子学阶段,经过40年的研究,现在已经比较成熟。以半导体激光器为重点的研究已经逐渐转向对激光控制问题的研究和激光应用的研究。同时,光子技术已经进入光电子技术阶段,其特点是研究开发以电控光、光电混合的器件和系统。光电子技术已经逐步占领了电子技术原有的阵地。它的应用领域已经扩大到人类社会生活的各方面,如光通信与光网,平板显示、半导体照明、光盘存储、数码相机等。光电子产业迅速发展壮大起来。在经济发达国家,光电子产业的总产值已经可以与电子产业相比,甚至超过电子产业。近十年来,国际学术界开始大力发展纳光子学及其技术,使光电子技术与纳米技术相结合,对现有光电子技术进行升级改造。 与国际上科技发达的国家相比,目前我国微纳光子学的研究还不算落后,这从我国在微纳光子学领域发表的论文数量和投稿的杂志级别就可看出。但是我国的光子学研究论文大部分是理论方面的,大多数是跟踪国外的。由于国内缺乏先进的科学实验平台,特别是缺乏制备微纳光子学材料和器件的工艺条件,实验方面的论文比较少(除了少数与国外合作研究的论文),创新的思想无法得到实验验证。微光子学方面的情况尚且如此,在纳光子学方面,由于对仪器、设备、工艺和技术的要求更高,与国外的差距正在加大。 在光电子技术方面,由于国际经济的全球化和我国的改革开放形势,吸引跨国公司将制造、加工基地向我国转移。21世纪初光电子企业的大公司纷纷落户我国。而且大量资金投向我国沿海经济发达地区(如广东、上海和京津地区),建立起一大批中外合资或独资企业。但是这些外国企业或技术人员,控制着产业的高端技术,对我国实行技术垄断,使我国的光电子技术至今还处于“下游”,成为外向加工企业。大多数光电子企业采用这样的生产模式:购买国外的芯片进行器件封装,或者购买国外的器件进行系统组装。目前我国光电子企业严重缺乏核心技术和自主知识产权,无法抵御国际经济危机,面临着很大的风险。 为了加快我国的微纳光子学与相关光子技术的发展,我国应该集中投入一部分资金,凝聚一批高水平研究人才,在某些光电子企业集中的地区,依托光子学研究有实力的单位,采用先进的管理模式,建设我

微纳结构光学及应用

王楠 1032011322017 光学工程 微纳光学结构及应用 摘要:微纳光学结构技术是指通过在材料中引入微纳光学结构,实现新型光学功能器件。其中表面等离子体光学、人工负折射率材料、隐身结构,都是通过引入微纳结构控制光的衍射和传播,从而实现新的光学性能。从这个角度来讲,微纳光学结构的设计和制造是微纳光学发展的共性关键技术问题,微纳光学是新型光电子产业的重要发展方向。 关键字:微纳光学;纳米制造;微纳光学产业; Abstract:Micro-nano optical structure technology refers to through the introduction of micro-nano optical structure in the material, implement new optical functional devices. The surface plasmon optics, artificial negative refractive index materials, stealth structure, through the introduction of micro-nano structure control of light diffraction and transmission, so as to realize the new optical performance. From this perspective, micro-nano optical structure design and manufacture is the universal key technical problems in the development of micro-nano optics, micro-nano optics is a new important development direction of optoelectronic industry. Key words : micro-nano optics; nanofabrication; micro-nano optical industry 1微纳光学技术的多种应用 1)加工新型光栅 借助于大规模集成电路工艺技术,可以加工出新型的光栅。光栅是个实用性很强的基本光学器件,在23ARTICLE | 论文激光与光电子学进展2009.10光谱仪、光通信波分复用器件、激光聚变工程、光谱分析等领域中大量使用。传统的表面光栅不论是机械刻画光栅,还是全息光栅,其表面的光栅结构是很薄的。明胶或光折变体全息光栅的光栅厚度较厚,由于制造工艺的一致性、温度稳定性和长期稳定性问题,在实际应用时仍然有限制。 2)制作深刻蚀亚波长光栅 采用激光全息、光刻工艺和半导体干法刻蚀工艺可以加工出深刻蚀亚波长光栅。

作业习题及答案

第一章税收筹划基础 参考答案: 1. 税收筹划是指在纳税行为发生之前,在不违反法律、法规的前提下,通过对纳税主体的经营活动或投资行为等涉税事项做出事先安排,以达到少缴税和递延缴纳税收的一系列谋划活动。 纳税人伪造、变造、隐匿、擅自销毁账簿、记账凭证,或者在账簿上多列支出或者不列、少列收入,或者经税务机关通知申报而拒不申报或者进行虚假的纳税申报,不缴或者少缴应纳税款的,是偷税。 2. (1)(答题要点) 第一,不违法性 第二,事先性 第三,风险性 (2) 纳税人伪造、变造、隐匿、擅自销毁账簿、记账凭证,或者在账簿上多列支出或者不列、少列收入,或者经税务机关通知申报而拒不申报或者进行虚假的纳税申报,不缴或者少缴应纳税款的,是偷税。对纳税人偷税的,由税务机关追缴其不缴或者少缴的税款、滞纳金,并处不缴或者少缴的税款百分之五十以上五倍以下的罚款;构成犯罪的,依法追究刑事责任。 扣缴义务人采取前款所列手段,不缴或者少缴已扣、已收税款,由税务机关追缴其不缴或者少缴的税款、滞纳金,并处不缴或者少缴的税款百分之五十以上五倍以下的罚款;构成犯罪的,依法追究刑事责任。偷税数额占应纳税额的百分之十以上并且偷税数额在一万元以上的,或者因偷税被税务机关给予二次行政处罚又偷税的,处三年以下有期徒刑或者拘役,并处偷税数额五倍以下的罚金;偷税数额占应纳税额的百分之三十以上并且偷税数额在十万元以上的,处三年以上七年以下有期徒刑,并处偷税数额五倍以下的罚金。 扣缴义务人采取前款所列手段,不缴或者少缴已扣、已收税款,数额占应缴税额的百分之十以上并且数额在一万元以上的,依照前款规定处罚。 对多次犯有前两款规定的违法行为未经处罚的,按照累计数额计算。 对于企业事业单位犯有以上罪行的,判处罚金,并对负有直接责任的主管人员和其他直接责任人员,处三年以下有期徒刑或者拘役。 (3) 纳税人欠缴应纳税款,采取转移或者隐匿财产的手段,妨碍税务机关追缴欠缴的税款的,由税务机关追缴欠缴的税款、滞纳金,并处欠缴税款百分之五十以上五倍以下的罚款;构成犯罪的,依法追究刑事责任。 欠缴税款数额较大的纳税人在处分其不动产或者大额资产之前,应当向税务机关报告。 欠缴税款的纳税人因怠于行使到期债权,或者放弃到期债权,或者无偿转让财产,或者以明显不合理的低价转让财产而受让人知道该情形,对国家税收造成损害的,税务机关可以依照合同法第七十三条、第七十四条的规定行使代位权、撤销权。 税务机关依照前款规定行使代位权、撤销权的,不免除欠缴税款的纳税人尚未履行的纳税义务和应承担的法律责任。1欠缴税款数额较大,是指欠缴税款5万元以上。 欠缴税款的纳税人或者其法定代表人在出境前未按照规定结清应纳税款、滞纳金或者提供纳税担保的,税务机关

功能材料纳微化技术

功能材料纳微化技术 ●项目简介: 纳微结构赋予材料新的功能和功效。利用CO2辅助雾化制备和组装纳微颗粒结构材料,通过二相或多相流的喷头结构元件膨胀和雾化,根据混合和相分离的变化,组装纳微颗粒结构和形态。根据液滴在射飞过程中由于环境的变化而溃散、雾化、溶剂蒸发射飞过程中环境以及混合方式的调节,可形成各种纳微尺度和不同结构组装的颗粒材料。工艺路线如下: CO 钢瓶压缩机 萃 取 釜 雾 化 干 燥 室 壁材容液 TIC PI TI PI 产品 热风 工艺技术流程图 例如,根据多相流结构元件可快速形成高过饱和度快速成析和射流分散这样的特点,可设计给药系统,形成芯囊型或相互包嵌的超微细给药系统。又如用本方法制备的含能材料纳微颗粒,具有独到之处。 ●所属领域:化工、生物、医药、材料 ●项目成熟度:小试 ●应用前景: 纳米材料和纳米结构的应用将为新产品设计、新产业形成以及改造传统产业注入高科技含量,提供新的机遇。本技术可用于药物纳微颗粒制剂制备、聚合物纳微颗粒制备、纳微颗粒香料分散剂制备、功能布料固体整理剂制备、纳米催化剂制备与微结构改性、含能材料粒度微细化等。 ●知识产权及项目获奖情况: 含能材料的纳微化技术已授权发明专利ZL200710306452.2。 ●合作方式: 技术开发、专用产品制备技术开发;专利(实施)许可。

纳米光催化空气净化装置 ●项目简介: 本项目针对目前室内空气污染日益严重、对人体健康危害日益增加的问题,成功解决了纳米光催化技术的应用难题,将其应用于室内空气净化,并根据我国实际情况,开发出多种终端产品,包括用于家庭的光催化空气净化器,用于交通工具的车载空气净化器以及用于公共场所中央空调系统的光催化空气净化装置。该项目被认定为上海市高新技术成果转化项目,已具备年产2万台纳米光催化空气净化装置的生产能力。 经权威部门检测,纳米光催化空气净化装置对细菌杀灭率高达99.90%,对TVOC的脱除率为90%,对可吸入颗粒物的净化效率达国标的1.6倍,其综合技术总体上处于国内领先,在细菌杀灭率和脱除TVOC的功能上达到国际同类产品的先进水平。 目前中央空调用净化装置已在浦东星河湾酒店、兴业银行、中科院西安光机所等多家单位获得应用,其净化效果远优于普通的吸附、静电除尘等技术手段,获得用户的高度认可。 ●所属领域:材料、环境 ●项目成熟度:产业化 ●应用前景: 单机方面,美国的空气净化器家庭普及率达到27%,日本达到17%,而我国不足0.1%,市场潜力巨大。在中央空调系统空气净化装置方面,随着人们对中央空调带来的空气质量问题的日益关注,相应的产品市场前景看好。车载净化器同样会随着我国汽车的日益普及而获得长足的发展。 ●知识产权及项目获奖情况: 已申请发明专利1项,获外观设计专利授权2项。制定并备案企业标准《纳米光催化空气净化器》(Q/GHNM 7-2010)一项。 ●合作方式:空气净化工程总包、产品销售代理。 高性能中空纤维微滤超滤膜制备技术 ●项目简介: 超滤膜一种孔径规格一致,额定孔径范围为(0.001~0.1μm)的微孔过滤膜。微滤膜一种孔径规格一致,额定孔径范围为微滤膜(0.1~1μm)的微孔过滤膜。微滤超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓,也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离,其应用领域在不断扩大,工业应用十分广泛,已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中;还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。本项目提供高性能中空纤维微滤超滤膜制备技术。 ●所属领域:化工、材料

微纳光学加工及应用

微纳光学加工及应用 孙奇 一、微纳光学结构 光是一种电磁波,是由同相相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动而形成的,其传播方向垂直于电场与磁场所构成的平面,电磁波能有效的传递能量和动量[1]。从低频到高频,电磁波可以分为:无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线和γ射线等,人眼可见波长在380nm至780nm之间,如图1所示。 (a ) (b ) 图1. (a) 电磁波传播方式 (b) 电磁波按频率分段图(图片来自网络) 传统光学只研究可见光与物质的相互作用,而现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。随着微加工技术的日臻成熟,电磁波在微纳结构中的传播,散射和吸收等性质开始逐渐被人们研究。1987年,Yabnolovich和John 首次提出了光子晶

体的概念[2, 3];1998年,Ebbesen等人发现在打了周期性亚波长纳米空洞的厚金属膜上存在着超强的光投射峰,这一发现激起了对金属周期结构中表面等离激元的研究热潮[4]。从1987年至今,各领域对光学微纳结构的研究一直在迅猛发展。1.1光子晶体 从固体物理的概念中可以得知,当电子在周期性的势场中运动时,由于电子受到周期性势场的布拉格散射的作用形成了电子的能带结构,同时电子的能带与能带之间在一定的晶格条件下将存在带隙。在带隙能量范围内的电子其传播是被禁止的。运动的电子实际上也是一种物质波。无论何种波动形式,只要其受到相应周期性的调制,都将有类似于电子的能带结构同样也都可能出现禁止相应频率传播的带隙。 微纳光学结构技术是指通过在材料中引入微纳光学结构,实现新型光学功能器件。1987年,Yabnolovitch和 John在讨论如何抑制原子的自发辐射和光子局域的问题时,把电子的能带概念拓展到光学中,提出了光子晶体的概念。光子晶体就是规律性的三维微结构,其周期远小于波长,形成光子禁带,通过引入局部缺陷,控制光的传播与分束。同样的,固体物理晶格中的许多概念都可以类似的运用到光子晶体中,诸如倒格矢空间、布里渊区、色散关系、Bloch函数、Van Hove奇点等物理概念。由于周期性,对光子也可以定义有效质量。不过需要指出的是,光子晶体与固体晶格有相似处,也有本质的区别。如光子服从的是麦克斯韦方程,电子则服从薛定谔方程;光子是矢量波而电子是标量波;电子是自旋为1/2的费米子,而光子是自旋为1的波色子,等等。 根据空间的周期性分布的不同,光子晶体可以分为一维、二维和三维光子晶体,如图2所示。一维光子晶体的材料一般在一个方向上进行周期排列,例如传统的多层薄膜结构;二维光子晶体表现为材料在平面上进行周期性排列;三维光子

自动化仪表作业及答案参考

第一章: 作业: 1.DDZ与QDZ 得信号传输标准,DCS与FCS得名词解释 2.某压力表刻度0~100kPa,在50kPa处测量值为49、5kPa,求在50kPa 处仪表示值得绝对误差、示值相对误差与示值引用误差? 3.某台测温仪表得测温范围为—100~700℃,校验该表时测得全量程内最大绝 对误差为+5℃,试确定该仪表得精度等级。 4.某台测压仪表得测压范围为0~8MPa.根据工艺要求,测压示值得误差不允 许超过±0、05 MPa,问应如何选择仪表得精度等级才能满足以上要求? 5.某待测电流约为100mA,现有0、5级量程为0~400mA与1、5级量程 为0~100mA得两个电流表,问用哪一个电流表测量比较好? 6.某DDZ-Ⅲ型温度变送器测量范围就是300-700℃,当温度由400℃变化到 600℃时,变送器得输出如何变化? 7.差压变送器得量程为0~100 KPa,现负迁移50%,仪表得量程与测量范围分 别为? 答案: 1、 QDZ信号标准:20kPa~100kPa DCS:集散控制系统FCS:现场总线控制系统 2、 3、

4、 5、 解:用0、5级量程为0~400mA电流表测100mA时,最大相对误差:用1、5级量程为0~100mA得电流表测100mA时,最大相对误差: 说明选择合理得量程,即使用1、5级表也可以比0、5级表准确。 6、8mA ~16mA 7、仪表得量程为100Kpa仪表得测量范围为-50~50Kpa 第二章: 作业:课后2,4,5,6,7,8,9,11,19,20 2-2用热电偶测温时,为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿得方法有哪几种? 2-5由K 分度号热电偶(包括补偿导线)、冷端温度补偿器与配K分度号得动圈仪表组成一个温度检测系统,测量显示782℃,此时室温为32℃,后来发现所用得冷端补偿器型号为S,与K分度号热电偶不配套,则实际温度? 2-6用K型热电偶测某设备得温度,测得得热电势为20mV,冷端(室温)为25C,求设备得温度?如果改用E型热电偶来测温,在相同得条件下,E热电偶测得得热电势为多少?

微纳光学与SPR技术

微纳光学与SPR技术 SC12009006 王启蒙 摘要:表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR),又称表面等离子体子共振,表面等离激元共振,是一种物理光学现象,有关仪器和应用技术已经成为物理学、化学和生物学研究的重要工具。 1 SPR简介 SPR是一种物理光学现象。当一束平面单色偏振光在一定的角度范围内照射到镀在玻璃表面的金属银或金的薄膜上发生全反射时,当入射光的波向量与金属膜内表面电子(称为等离子体)的振荡频率相匹配时,光线既被耦和进入金属膜,引起电子发生共振,即表面等离子体共振。 在金属中,价电子为整个晶体所共有,形成所谓费米电子气。价电子可在晶体中移动,而金属离子则被束缚于晶格位置上,但总的电子密度和离子密度是相同的,从整体来说金属是电中性的。人们把这种情况形象地称为“金属离子浸没于电子的海洋中”。这种情况和气体放电中的等离子体相似,因此可以把金属看作是一种电荷密度很高的低温(室温)等离子体,而气体放电中的等离子体是一种高温等离子体,电荷密度比金属中的低。此时光线提供的能量导致金属膜表面电子发生共振,电子吸收该能量使被反射光的强度达到最小,这种最小化发生时的入射光角度称为SPR角。SPR角是随金属表面的折射率的变化而变化,这一变化又和金属表面结合的生物分子的质量成正比。[1]

五十年代,为了解快速电子穿过金属箔时的能量损失,人们进行了大量的实验和理论工作。Pine和Bohm认为,其中能量损失的部分原因是激发了金属箔中电子的等离子体振动(Plasma oscillation),又称为等离子体子(plasmon)。Ritchie从理论上探讨了无限大纯净金属箔中由于等离子体振动而导致的电子能量损失,同时也考虑了有限大金属箔的情况,指出:不仅等离子体内部存在角频率为ωp的等离子体振动,而且在等离子体和真空的界面,还存在表面等离子体振动(Surface plasma oscillation)。Powell和Swan 用高能电子发射法测定了金属铝的特征电子能量损失,其实验结果可用Ritchie的理论来解释。[2]Stern和Ferrell将表面等离子体振动的量子称为表面等离子体子(Surface plasmon),研究了金属表面有覆盖物时的表面等离子体振动,发现金属表面很薄的氧化物层也会引起这种振动的明显改变。他们还预言:由于表面等离子体振动对表面涂层的敏感,那么通过选择合适的涂层,表面特征能量损失的值会在一定范围内发生变化。 除电子以外,用电磁波,如光波,也能激发表面等离子体振动。二十世纪初,Wood 首次描述了衍射光栅的反常衍射现象,这实际上就是由于光波激发了表面等离子体振动所致。[3]六十年代晚期,Kretschmann 和Otto采用棱镜耦合的全内反射方法,实现了用光波激发表面等离子体振动,为SPR技术的应用起了巨大的推动作用。他们的实验方法简单而巧妙,仍然是目前SPR装置上应用最为广泛的技术。

作业及答案

一、(20分)考察教育对工资收入的影响,模型设定如下: 201234()Log wage educ exper exper female u βββββ=+++++ 其中,wage 表示工资(美元/小时),educ 表示教育(年),exper 表示工龄(年),female 为虚拟变量(如果是女士,female=1;如果是男士,female=0)。回归结果如下(括号内的数字表示t 统计量)。 2()0.390.080.040.00070.34Log wage educ exper exper female e =++--+ (3.8) (12.1) (8.1) (-6.4) (-9.8) N=526,R 2=0.40 请回答如下问题:(括号内的数字为回归系数对应的t 统计量,显著水平α=0.05) (1) 解释educ 估计量0.08的经济含义?(4分) (2) 工龄达到多少时,工资收入最高?(4分) (3) 其它变量相同时,男女之间的工资差异是多少?(4分) (4) 写出White 异方差检验的辅助回归方程(没有交叉项)?如果检验统计量为NR 2=14.7,存在明显的异方差吗? (8分) 二、(10分)考虑以下用来解释月度啤酒消费量的线性模型: beer =β0+β1inc+β2price+β3educ+β4female+u E(u)=0 Var(u)=σ2inc 2 其中beer 为月度啤酒消费量,inc 为消费者的月度收入,price 代表啤酒价格,female 为性别虚拟变量。将以上模型转化为同方差模型,写出转化后的方程。 三、(20分)根据我国1980-2000年投资总额X 与工业总产值Y 的统计资料,应用OLS 估计得到如下结果: 2?ln 1.45210.8704ln (2.957)(7.490)0.99860.452t t Y X R DW =+== 请回答下列问题(检验水平为5%): (1) 模型中是否存在一阶自相关?写出判断依据。 (2) 自相关会带来哪些问题,如何解决这些问题? 四、(20分)考察中国1982年1季度至1988年4季度的市场煤炭销售量的季节变化,构建如下模型 01223344coal time D D D u βββββ=+++++ 其中,coal 表示煤炭销售量(万吨),time 表示时间趋势变量(time =1, 2, …, ),D 2, D 3, D 4表示三个季度虚拟变量,定义如下。 2 12 0D ?=? ?第季度其他季度, 3 13 0D ?=? ? 第季度其他季度,4 14 0D ?=? ?第季度其他季度 模型回归结果如下(括号内的数字表示t 统计量): y t = 2431.20 + 49.00 time + 85.00 D 2 + 201.84 D 3 +1388.09 D 4 (26.04) (10.81) (0.83) (1.96) (13.43) R 2 = 0.95, DW = 1.2, s.e. = 191.7 请回答以下问题: (1) 解释D 4对应的参数估计量1388.09的经济含义(4分) (2) 检验变量D 2的显著性(检验水平为0.05)(4分)

纳米材料功能化宏观体系的构筑和性能研究

项目名称:纳米材料功能化宏观体系的构筑和性能 研究 首席科学家:姜开利清华大学 起止年限:2012.1至2016.8 依托部门:教育部

一、关键科学问题及研究内容 本项目拟解决的关键科学问题是: 1、纳米材料单元构筑宏观尺度纳米材料体系的界面结构控制 (1)不同材质纳米结构单元界面结构的设计和构筑方法 (2)不同尺寸和维度纳米结构单元组合的原理 2、不同纳米材料单元组装后性能演变和调控 (1)纳米材料单元组装后性能变化的机理和优化的方法 (2)多尺度单元组合对性能的影响以及单元耦合所产生的新功能 3、宏观尺度纳米材料体系中电子、光子和能量传输的新规律 (1)异质界面电子、光子和能量传输的新规律 (2)纳微尺度下的界面效应对性能的调控 4、宏观尺度纳米结构服役过程中的性能稳定性 (1)对外场的响应 (2)结构稳定性和性能稳定性的关系 以解决上述科学问题为核心,本项目的主要研究内容是: 1、不同材质纳米结构单元界面结构的设计,多元异质宏观尺度纳米结构单元构筑的新原理和新方法,包括从纳米结构单元的制备,纳米结构单元组合成微米结构,到由微米结构构筑宏观尺度的材料体系,发展不同尺度、不同维度纳米单元构筑宏观尺度纳米材料体系的新技术。构筑宏观尺度纳米材料体系的单元材质为:(a)半导体/金属肖特基结;(b)磁性/非磁性、磁性/铁电组合体;(c)碳管、碳管束和其他碳纳米结构单元。 2、纳米材料单元组装后性能变化的机理和优化的方法,宏观尺度纳米材料体系中纳米单元的耦合效应产生的新现象和新性能。主要研究内容为:碳纳米管与金属、高聚物复合体系界面的耦合效应,半导体量子点和贵金属纳米线异质界面耦合和光传输行为,肖特基结能量传递(光→电),磁性/非磁性和磁性/铁电性复合纳米单元界面耦合效应及能量传递的新规律(电→磁、磁→光)。通过耦合尺度效应的研究实现纳米单元组成的宏观尺度体系的综合性能的调控和优化。 3、宏观尺度纳米材料体系中异质界面对电、光、磁性能调控和输运性质的影响,能量传递和转化的新规律,探索其可能的应用。主要研究内容为:磁性/铁电复合纳米单元之间能量传递和转换的新规律(电→力、力→磁),实现增强电控磁效应的最佳条件,探索基于磁性/铁电复合纳米单元的电控磁存储技术,以纳微光学器件为导向,研究半导体量子点、金属纳米线等组合单元协同传递光子的行为,通过尺度效应和耦合效应的研究,探索能量传输、转换的新规律,发展基于纳米材料的红外波段探测器件,研究红外示范探测器件性能的稳定性。 4、宏观尺度纳米材料体系的结构性能关系及其在服役过程中的性能稳定性,主要研究内容为:研究复合纳米材料体系中,界面结构和特性对宏观性质的影响,探索提高材料综合性能的途径,研究碳纳米结构复合材料在外场作用下材料性能的变化与纳微结构的关系,能量和物质转化和传输的规律,服役条件下材料和结构的稳定性,探讨在高性能储能器件中的应用。

【CN109701457A】一种超重力纳微气泡产生装置及反应系统【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910163989.0 (22)申请日 2019.03.05 (71)申请人 北京化工大学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人 罗勇 王迪 初广文 刘亚朝  李志浩 蔡勇 邹海魁 孙宝昌  陈建峰  (74)专利代理机构 北京正理专利代理有限公司 11257 代理人 赵晓丹 (51)Int.Cl. B01J 8/10(2006.01) B01J 8/00(2006.01) B01J 7/02(2006.01) (54)发明名称 一种超重力纳微气泡产生装置及反应系统 (57)摘要 本发明提供一种超重力纳微气泡产生装置 及反应系统,在该装置中液相为连续相,气相为 分散相,气体由中空轴进入内部,经曝气微孔的 剪切作用对气体进行一次剪切形成气泡,气泡随 后在高速旋转的转轴作用下快速脱离转轴表面, 并在转轴所形成的超重力环境强大的剪切力下 进行二次剪切形成纳微气泡,具有快速、稳定、平 均粒径小的优点,所形成的纳微气泡平均粒径处 于800纳米-50微米之间,并可通过调节旋转轴的 转速对气泡平均粒径进行范围调控。该装置一方 面克服了传统超重力装置中液相不连续,无法形 成含纳微气泡液相的问题,另一方面克服了静态 微孔介质表面纳微气泡聚并的问题。权利要求书1页 说明书9页 附图4页CN 109701457 A 2019.05.03 C N 109701457 A

权 利 要 求 书1/1页CN 109701457 A 1.一种超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,包括: 壳体,其上设置有液体进口和液体出口;以及 设置与所述壳体内的超重力气泡产生单元;其中, 所述超重力气泡产生单元包括: 设于所述壳体内的转子,可通过旋转形成超重力场,所述超重力场产生的离心力加速度大于10g; 一端与所述转子结合固定的中空轴,所述中空轴的另一端与气体进口连通; 其中,所述中空轴将所述壳体分为连通的内腔体和外腔体,所述中空轴的侧壁上设置若干纳微米尺度的孔道。 2.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,还包括: 设置在所述壳体与中空轴之间的间隙为0.1-10mm。 3.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,相邻两个孔道的孔心之间距离设定间距。 4.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,所述孔道包括位于所述中空轴侧壁上半部分的第一孔道和位于所述中空轴侧壁下半部分的第二孔道; 所述第一孔道的孔径大于、小于或等于所述第二孔道的孔径。 5.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,所述孔道的孔径沿气体流动的方向递增或递减;或, 所述孔道的孔径沿所述外腔体液体流动的方向递增或递减。 6.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,所述孔道围绕所述中空轴的轴心对称分布。 7.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,所述中空轴的材料为不锈钢或者钛基材料,优选孔道直径的范围为0.01-0.1mm。 8.根据权利要求1所述的超重力纳微气泡产生装置,其特征在于,所述中空轴由陶瓷膜制成,优选所述陶瓷膜的内壁膜孔道的孔径范围为2-48nm,外壁膜孔道的孔径范围为5-48nm。 9.一种反应系统,其特征在于,所述反应系统用于气液两相反应,所述反应系统包括超重力纳微气泡产生装置。 10.一种反应系统,其特征在于,所述反应系统用于气-液-固三相反应,或者用于拟均相的气-液-固反应,所述反应系统包括连通的反应器以及超重力纳微气泡产生装置,所述超重力纳微气泡产生装置将气体反应物与液体反应物混合形成具有纳微气泡的气液混合物,所述反应器中可通入固体反应物或者固体催化剂。 2

作业习题及答案

作业习题及答案 一、是非题(是画√,非画×) 1. 工件旋转作主运动,车刀作进给运动的切削加工方法称为车削。(√) 2. 变换主轴箱外手柄的位置可使主轴得到各种不同的转速。(√) 3. 卡盘的作用是用来装夹工件,带动工件一起旋转。(√) 4. 车削不同螺距的螺纹可通过调换进给箱内的齿轮实现。(×) 5. 光杠是用来带动溜板箱,使车刀按要求方向作纵向或横向运动的。(√) 6. 光杠用来车削螺纹的。(×) 7. 变换进给箱手柄的位置,在光杠和丝杠的传动下,能使车刀按要求方向作进给运动。(√) 8. 小滑板可左右移动角度,车削带锥度的工件。(√) 9. 床鞍与车床导轨精密配合,纵向进给时可保证径向精度。(×) 10. 机床的类别用汉语拼音字母表示,居型号的首位,其中字母“C”是表示车床类。(√) 11. 对车床来说,如第一位数字是“6”,代表的是落地及卧式车床组。(√) 12. C6140B表示第二次改进的床身上最大工件回转直径达400mm的卧式车床。()√ 13. CM6140 车床比C620车床床身上最大工件回转直径要大。× 14. CQM6132车床型号中的32表示主轴中心高为320mm。(×) 15. 在机床型号中,通用特性代号应排在机床类代号的后面。(√) 16. 车床工作中主轴要变速时,变换进给箱手柄位置要在低速时进行。(√) 17. 为了延长车床的使用寿命,必须对车床上所用摩擦部位定期进行润滑。(√) 18. 车床漏在外面的滑动表面,擦干净后用油壶浇油润滑。(√) 19. 主轴箱和溜板箱等内的润滑油一般半年更换一次。(×) 20. 主轴箱换油时,现将箱体内部用煤油清洗干净,然后再加油。(√) 21. 车床主轴箱内注入的新油油面不得高于油标中心线。(×) 22. 车床尾座中、小滑板摇动手柄转动轴承部位,每班次至少加油一次。(√) 23. 油脂杯润滑每周加油一次,每班次旋转油杯盖一圈。(√) 24. 对车床进行保养的主要内容是:清洁和必要的调整。(×) 25. 车床运转500h,需要进行一级保养。(√) 26. 一级保养以操作工人为主,维修人员进行配合。(√) 27. 开机前,在手柄位置正确的情况下,需低速运转约2min后,才能进行车削。(√) 28. 装夹较重较大工件时,必须在机床导轨面上垫上木块,防止工件突然坠下砸伤导轨。(√) 29. 在车削时,车刀出现溅火星属正常现象,可以继续切削。(×) 30. 车工在操作中严禁戴手套。(√)

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