微納光學技術與應用范文

導語：如何才能寫好一篇微納光學技術與應用，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

微型化和智能化始終代表著現代工業和科技的主要發展方向。微電子、微機械、微光學等一連串“微工程”的興起和發展，將科學技術帶進了一個全新世界。

進入21世紀，隨著社會的發展和技術的進步，由光學與微電子、微機械、納米技術互相融合、滲透、交叉而形成的前沿學科―微納光學，因其獨特優勢成為目前研究者關注的焦點。

微納光學在基礎研究和設計制造技術方面的進步，變革了傳統光學與技術的發展路線，促進了光學系統微型化、集成化的發展，在生命科學、生化、通信、數據存儲、新能源利用等領域都表現出巨大的應用價值和市場潛力。

電子科技大學物理電子學院教授、博士生導師付永啟，多年從事微納光學研究，在微細加工、納米加工、衍射光學、微光學、表面等離子體光學及近場光學等領域取得了多項研究成果，始終參與和推動著“微世界”中的無限精彩。

立足前沿，引領尖端研究

“微納光學”顧名思義分為微米光學（簡稱微光學）和納米光學兩部分，即微米和納米尺度上的光學研究?！备队绬⒃诮邮懿稍L時，首先談到了微納光學的研究情況。

據付永啟介紹，微光學是基于微細加工技術、研究微米尺度的微光學元器件設計、制作以及應用的學科。而納米光學主要研究光的空間傳播范圍在納米尺度時的倏逝波特性，并通過基于近場光學結構的納米探針來描述和控制的過程及應用。

“在納米光學研究中，作用于近場的光學系統突破了傳統的衍射極限限制，能夠對納米光學結構進行空間分辨率在納米量級的分析；同樣，通過基于亞波長光學結構或器件，能夠實現高密度的數據存儲，不但可以實現微米范圍的成像，也可以實現高清晰度的相位合成、單分子探測以及局部區域光譜分析?！?/p>

正是這些獨特的優勢，使微納光學自產生之日起，便始終處于研究者關注的中心，并愈發活躍。

雖然我國在微納光學領域已經取得了一定的成果，但同國際相比，無論在基礎研究還是應用轉化方面都存在一定差距，總的來看原創性技術太少，能夠轉化為產業、推動光電子產業發展的更少。

付永啟認為，要使微納科學與技術為人類造福，必須從基礎研究做起，打下堅實基礎的同時，緊密結合產業領域發展需求，準確把握市場方向，重點攻關，進而帶動全面發展。

而付永啟的研究成長過程，也恰巧暗合了微納光學從基礎研究到產業應用，以點帶面的發展路線。

世界微納光學蓬勃發展的1990年代，付永啟走進了這一領域。

1994年，付永啟在中科院長春光機所研讀博士，“當時是跟導師一起做國家航天‘921’項目中的一個子項目―‘動態目標發生器’的研究，我主要負責曲面光刻的研究。”那是他接觸到微光學并逐漸對微光學元器件的設計制作產生興趣的開始。

在博士后研究階段，付永啟又接著在衍射光學元件的設計制作方面開展了深入研究。隨后為了開闊視野、提升研究能力，付永啟于1998年赴新加坡南洋理工大學精密工程與納米技術中心作研究員，借助當地優越的軟硬件條件繼續深入開展微光學以及后期納米光學領域的研究工作。

在新加坡，通過與科研院所及工業界的合作，付永啟開展了多個橫向和縱向項目研究，接觸到了微電子、微機電系統（MEMS）、微納加工、納米計量、及生化分析等多學科領域的知識，先后完成了多項重大研究課題，并取得了許多創新性成果。

2001年，付永啟將目光專注到了一種新的微納光學元件一步加工制作方法―聚焦離子束制作技術上，經過兩年的反復研究、實驗，終于獲得成功并使技術逐漸成熟。

付永啟利用納米加工技術實現了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化，即利用聚焦離子束技術直接一步將微光學元器件甚至納米光子元器件與光電子器件集成于一體，從而達到直接控制光束的目的。這一技術擺脫了傳統的采用離散光學元件對激光束進行準直或聚焦的方法，不但減少了系統元件數，而且節省了空間，更容易實現系統的輕量化和小型化，對微系統的開發具有重要意義。

同時，他還發現了兩種材料，它們在聚焦離子束轟擊下具有材料自組織成型特性，該特性可直接用于微光學元件的結構成型。以該技術為基礎，能夠制作出幾種特定的微光學元件，包括微正弦光柵、微閃耀光柵等。

此外，付永啟還利用聚焦離子束直接寫入法和輔助沉積法成功實現了微光學元件與光電子元/器件的集成一體化，為光學系統的小型化、微型化、平面化提供了制作技術保障。該集成一體化元/器件已經廣泛應用于生命科學、生化、通信、數據存儲等領域，至今仍在應用，還沒有其他方法能夠替代。

值得一提的是，聚焦離子束技術在微電子行業的廣泛應用，大大提高了微電子工業上材料、工藝、器件分析及修補的精度和速度，目前已經成為微電子技術領域必不可少的關鍵技術之一。同時，由于它集材料刻蝕、沉積、注入、改性于一身，有望成為高真空環境下實現器件制造全過程的主要加工手段。

毅然回國，助力產業發展

2007年，付永啟放棄國外優越的待遇和生活，帶著累累碩果和先進理念回國，受聘于電子科技大學物理電子學院。9年的國外工作和生活經歷，使付永啟真正體會到“國家”二字的含義，而回國發展也正是其心之所向。

隨著科技的進步和需求的轉變，目前國內微納光學技術研究主要集中在基于特異性材料的微波天線、隱形技術、納米光刻等幾部分，研究趨勢也朝著更加實用性發展，包括軍用和民用。而在產業方面，付永啟認為應重點結合能源和生命科學等熱門領域的需求，積極探索，主動推進，研發出具有代表性的產品，如高效率光伏電池、光熱療法治療癌癥、多通道微型生化傳感器等。

在學校和所在團隊的支持下，付永啟在納光子結構、元器件及其應用方面取得多項國家自然科學基金項目的資助，目前主要在納光子結構的精細聚焦及成像研究，包括基于納光子結構的超分辨聚焦成像、負折射材料的制備及應用、近場表征等方面開展進一步的深入研究，并推進其盡快走向應用。

多年從事理工科學研究的付永啟，處處透著濃郁的人文氣息。他看重學生的做事態度勝過考試成績，鼓勵學生積極與其他學科的人員交流，在學科交叉中探尋思維方式的改變和新的研究切入點。

他認為創新更加需要自由開放的教育環境和多維度的思維模式，有源之水才能長久，有本之木才會繁茂。

他喜歡歷史、地理、天文、攝影等偏重人文的內容，注重精神層面的豐富與充實，并認為這才是人做事的動力和源泉。

篇2

【關鍵詞】飛秒激光;微加工;打孔;閾值;優點;前景

Abstract：As a new processing technology，femtosecond laser micro processing technology has such advantages as non-contact，large efficiency，high precision，small heat effect，low damage threshold，and can realize the real three-dimensional structure of micro machining etc.which traditional technologies cannot compare with，resulting in a wide range of application.This article describes the characteristics that laser energy deposits on optical skin layer and thermal effect is very small when femtosecond laser machines transparent materials.It also points out the fact that currently the laser direct writing technology is commonly used for punching and pinhole mask technology can improve the holes’shape.Finally，it prospects the future research direction of the femtosecond laser micro processing.

Key words：femtosecond laser;micro processing;punching;threshold value;advantages;prospects

1.引言

激光是在粒子數反轉情況下通過受激輻射放大產生的高亮度相干光束，其原理早在1916年就由物理學家愛因斯坦提出，但直到1960年，梅曼（T?Maiman）成功制造的第一臺紅寶石激光器問世[1]，量子光學才由理論研究發展到技術工程。隨著各類激光器的出現，激光器的脈寬急劇縮小，峰值功率大幅提高，可調型和穩定性等優勢逐漸凸顯，飛秒激光在工業加工領域備受青睞，各界根據不同的需要將其廣泛應用于微光學、微電子、微機械、微生物、微醫學等領域。

2.飛秒激光脈沖技術

1976年，人們首次在染料激光器中實現了飛秒量級的激光脈沖輸出[2]。20世紀90年代初，克爾透鏡鎖模飛秒鈦寶石激光器使得飛秒激光技術獲得了一次飛躍發展。2003年，N H Rizvi總結了飛秒激光對金屬、玻璃、金剛石、陶瓷以及各種聚合物等材料的微加工進展情況，并論證了飛秒激光是一種優秀的微加工光源[3]。

人們利用飛秒激光可以聚焦到透明材料內部進行三維加工這一特性，在石英玻璃中制備出各種微光學元件和微流體器件，并將其成功集成在同一塊玻璃芯片上，飛秒激光于是在生物傳感和生化分析等領域得到一定應用。

在信息電子領域，研發人員將新型激光精細加工裝備應用于半導體集成電路、印刷線路板、平板顯示、FBG光纖光柵，大大提高了制作效率和工藝水平。經過科研人員的努力，飛秒激光在半導體照明、太陽能光伏電池、燃料電池、微創醫用器械及各類MEMS等新興產業中也得到了廣泛應用。另外，由于激光加工的非接觸性，它還可應用于昂貴或危險物品的加工。

3.飛秒激光微加工的發展現狀

激光微加工被譽為“未來制造業的共同加工手段”。在世界范圍內，歐洲、美國、日本在飛秒激光微納加工領域至今仍處于領先地位。我國的激光微加工技術研究大多集中在高校和科研機構，國內也有一些新興的激光設備制造企業開發的激光微孔加工設備應用于生產中，但由于落后的加工控制技術和較為薄弱的研發能力，產品的孔型和徑深比都無法與歐美日等激光產業比較發達的國家相比。

4.飛秒激光與透明介質的相互作用

飛秒激光脈沖具有極短的脈沖寬度和極高的峰值功率，與物質相互作用時呈現強烈的非線性效應，如自聚焦、自相位調制、群速色散、白光超連續譜的產生等。它主要依靠多光子吸收機制來加工一些長脈沖激光無法作用的透明材料，并且其作用時間極短，熱效應小，可以克服等離子體屏蔽的現象[4]。

4.1 飛秒激光燒蝕的特性

為了對材料造成燒蝕作用，激光的能流密度必須超過某一特定的值，即燒蝕閾值Fth。原本不會吸收可見光和近紅外光這一波段的透明介質，會在極小范圍內因多光子電離而快速產生大量的等離子體。當等離子體密度達到1021cm-3時，由于對激光能量的強烈吸收，激光能達到的深度只有lμm。大量激光能量在物質中沉積，給局部加熱并使其形成光損傷，而周圍的物質仍處于“冷狀態”。因此和長脈沖相比，飛秒激光加工的邊緣較為光滑、清潔[5]。

飛秒激光針對透明介質以及其他各類材料（包括金屬）的燒蝕打孔實驗均表明了飛秒激光加工可以得到極好的微加工質量[6]。

對于特定的激光參數，燒蝕閾值由材料的光學反射、吸收及熱擴散系數決定[2]。材料的摻雜和缺陷對燒蝕閾值的影響很小，燒蝕閾值比較穩定。飛秒激光對材料的燒蝕閾值低于長脈沖，適當控制其能流密度使其略高于燒蝕閾值，便可以使加工精度突破衍射極限。這一特性與高斯光束能流密度分布有關。

式中F0為歸一化的能流密度，r為高斯光束的徑向尺寸，為高斯光束的束腰半徑，束腰處的能流密度[2]。

圖1 高斯光束的燒蝕閾值

為了提高加工精度必須把光束會聚得盡量小，可以使用較大數值孔徑（NA）的物鏡聚焦。在2001年日本科學家利用飛秒脈沖激光雙光子聚合技術首次突破衍射極限獲得120nm的加工分辨率后，我國中科院理化技術研究所有關科學家于2007年實現了15nm線寬的納米尺度加工分辨率[7]。

透明介質材料的燒蝕閾值還與聚焦條件有關。隨著數值孔徑的增加，閾值能量逐漸減小。因此，即使輸出功率較低，通過使用較大數值孔徑的聚焦透鏡，也可以在透明介質中形成燒蝕。

超短脈沖與介質相互作用時存在熱擴散效應，三溫模型充分考慮了材料對光子的非線性吸收和電子-晶格作用，解釋了載流子和晶格的溫度以及飛秒激光對介質材料作用時等離子體的產生過程，顯示了飛秒激光加工透明材料時激光能量沉積在光學趨膚層、熱效應極小的特點。

4.2 飛秒激光直寫加工技術

飛秒激光直寫不同于干涉和投影制備等方法，它具有較高的自由度，常用于各種點、線掃描。目前主流的實驗裝置是商業化的摻鈦藍寶石的啁啾脈沖放大系統。具體激光參數包括：中心波長為800nm左右，脈寬為幾十到幾百飛秒，單脈沖能量已達到毫焦量級，重復頻率為1～103kHz量級可調諧。為了減小加工中熱效應的累積，可將重復頻率降得更低。

將樣品放置在由計算機控制的三維精密平移臺上，通過半波片和線偏振片的組合來調節脈沖能量，使飛秒激光通過物鏡聚焦到樣品表面或體內，加工過程可以通過CCD成像系統實時監控。

針孔掩模加工技術對聚焦點處飛秒激光空間傳輸特性具有一定的影響。當聚焦物鏡前不加針孔時，焦點附近的燒蝕區域基本為對稱分布，且偏離焦點位置時，燒蝕線寬迅速增加，成紡椎型分布。而加上針孔后，焦點附近束腰半徑變化趨緩，燒蝕邊界更加清晰、無裂痕，且脈沖能量大小只影響刻痕線寬大小[8]。

4.3 微流體器件

微通道是微流體器件的重要組成部分，目前主要從：（1）在空氣中對石英或硅酸鹽玻璃內部鉆孔加工微通道;（2）輔以水或其他液體的飛秒激光微加工技術;（3）飛秒激光輻照光敏玻璃后對樣品進行焙燒、腐蝕、退火等后期處理;（4）飛秒激光輻照石英玻璃后直接使用HF酸腐蝕[9]等四個方面研究飛秒激光加工三維微通道。

在空氣環境中對材料打孔需要較高脈沖能量，并且只能沿軸向加工微通道，孔的內壁平整性較差，適用于對加工精度要求不算很高的情形。輔助以水或其他液體的飛秒激光微加工技術可以驅散碎屑以防阻塞，但只能加工一些比較短的微通道。

在光束中插入象散透鏡或狹縫，可以適當改變脈沖強度的空間分布，微通道橫截面趨于圓形，性能得到改善。對精密的光學元件而言，使用退火處理技術可以有效地提高空心結構的表面平整度。

5.飛秒激光打孔的優點

飛秒激光脈沖具有極短的脈沖寬度和極高的峰值功率。激光束在空間和時間上高度集中，利用透鏡聚焦，可以將光斑的直徑縮小到微米級，從而獲得高功率密度。與其他加工技術相比，有以下諸多優點：（1）飛秒激光與物質相互作用時呈現強烈的非線性效應，其作用時間極短，熱效應小，對被加工材料氧化、變形、熱影響區域均較小，不需要特別保護;（2）飛秒激光的加工精度非常高，已經超過衍射極限的限制，可以達到納米量級;（3）與接觸式的傳統機械打孔相比，可以避免碎屑的產生，并且可以獲得大的深徑比。

由此可見，飛秒激光微孔加工是一種便捷高效、綠色環保、節能降耗的先進制造技術。

6.前景展望

飛秒激光微加工技術蓬勃發展，盡管僅有十余年的發展史，卻已經成為激光精密微加工領域中最重要、最前沿的研究方向之一。

目前迫切需要高重復頻率、高平均功率、波長與脈沖寬度可調、穩定且易操作的新型飛秒激光器。另外，盡管各種材料的燒蝕基本與閾值模型相符合，但至今還沒有一種模型能夠完全解釋飛秒激光與各種材料相互作用過程中的一系列新現象，所以這一領域仍需要進行大量的理論工作和實驗工作[10]。當前的三維飛秒激光微加工技術主要是基于激光直寫方案，采用逐點掃描的方法形成復雜的三維圖案，耗時較長。因此仍需探究新技術加以改進。

針對國內激光技術落后于國際先進水平的情況，我們需要集中智慧抓緊研究和生產，使激光微加工技術廣泛造福于人民。

參考文獻

[1]T.H.Maiman.Stimulated optical radiation in ruby[J].Nature 1960，187（4736）：493-494.

[2]J.Kruger，W.Kautek.Ultrashort pulse laser interaction with dielectrics and polymers[J].Adv.Polym.Sci.，2004，168： 247-289.

[3]N.H.Rizvi.Femtosecond laser micromachining：Current status and applications.RIKEN Review，2003，50：107-112.

[4]M.Shirk，P.Molian.A review of ultrashort pulsed laser ablation of materials[J].J.Laser App.，1998，10（1）：18-28.

[5]E.N.G1ezer，M.Milosavljevic，L.Huang，R.J.Finlay，T.H.Her，J.P.Callan and E.Mazur.Three-dimensional optical storage inside transparent materials.Opt.Lett.，1996，21（24）：2023-2025.

[6]余本海.飛秒激光對透明介質材料的燒蝕與微加工研究[D].武漢：華中科技大學，2008：1-103.

[7]董賢子，陳衛強，趙震聲，段宣明.飛秒脈沖激光雙光子微納加工技術及其應用[J].科學通報，2008，53（1）：2-13.

[8]倪曉昌，洪茹，王清月，等.飛秒激光深孔加工技術研究[J].天津工程師范學院學報，2008，18（3）：5-9.

篇3

也正是認識到了這一形勢，懷抱著在科研道路上開拓一片天地的夢想，海外工作十多年的郭新立教授于2009年回到國內東南大學材料學院，建立自己的研究隊伍，進行前沿性科學研發。在多年的研究中，郭新立在納米科學研究中獲得了多項突破。

簡單有效：利用掃描隧道顯微鏡從納米有機分子中激發出光子

超小光源和單分子光源對于開發高分辨的光學顯微鏡以及量子信息處理等具有重要的作用，但由于分子的金屬支撐襯底表面對分子發光的強吸收作用，使得觀察到分子或單個分子發光的幾率極其微小。對此郭新立與同事合作設計了一種通過控制分子層厚度實現去耦合的簡單有效方法，在國際上首次利用掃描隧道顯微鏡從納米有機分子中激發出光子。不僅為單分子光源及器件的制備提供了新的方法和可能性，而且對分子在納米尺度環境中的光電行為提供了新的理解，同時也為分子電子學的研究提供了新的思維方式。由此方法開展的系列研究成果發表在國際著名雜志PhysicalReview Letter等上，引起了學術界的廣泛關注和贊譽，成為本研究領域的先驅，被廣泛引用，連續兩年（2004年，2005年）被作為前沿焦點研究，收錄在由美國物理研究所和美國物理學會聯合主辦的Virtual JournaI of NanoscaleScience&Technology上。該成果在單分子光源及器件的制備等方面有著潛在的應用。

推陳出新：發現自發形成的碳納米管

碳納米管由于具有超高強度、獨特的電性能、大的表面積等優異性能而使得其在納米技術、電子學、光學和材料科學的其它領域有著巨大的應用潛力。目前已開發了很多種技術如化學氣相沉積、激光淀積等來制備碳納米管，也有研究者試圖在煤碳中找到自然存在的碳納米管。郭新立借助掃描電鏡、原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡在新解理的石墨襯底上首次成功地發現了自發形成的碳納米管。這一成果于2007年報被報道在Jpn.J.Appl.Phys上，即刻引起同行的興趣，并對其形成機理展開了進一步深入研究。這一成果不僅可能為碳納米管結構的獲得提供了新的途徑，而且有可能為其形成機理提供新的理解。

出奇制勝：制備P―ZnO及其同質透明發光二極管

ZnO屬直接寬帶半導體，帶寬3.37eV，接近GaN的帶寬，自然狀態下以n型存在，但其價格遠低于GaN。P型ZnO的制備有望使之取代GaN，成為藍光和遠紅外二極管、激光的更理想材料。郭新立巧妙地設計了一種通過電子回旋共振源輔助的脈沖激光反應沉積法，首次成功地制備了P-ZnO及其同質透明發光二極管。以第一作者的身份分別在J.Cryst，Growth 223（2001）135和Jpn.J.Appl.Phys、（Express Lett.）40（2001）L177-L180的首頁發表，該工作成果被Advanced Materials、Phys.Rev.Lett.、Nature Materials、Phys.Rev.B.、Appl.Phys.Lett和Progress in MaterialsScience等國際著名雜志廣泛引用，日本的著名報紙“日刊工業新聞”在顯著位置對這一世界首個ZnO同質二極管做了報道；ZnO發光二極管方面的研究目前仍是眾多研究者追逐的目標，若能在穩定性等方面進一步獲得質的突破，將對發光二極管等行業產生革命性的影響。

再接再厲：定睛微納功能材料

微納功能材料是目前材料科學的研究熱點之一，最有代表性的是近年出現的石墨烯，它是由碳原子通過sp2雜化構成的單原子層蜂窩狀二維網格結構，厚度只有一個原子直徑（0.335nm），由于石墨烯網格結構中相鄰碳原子結合力很強，因此具有很好的穩定性。實驗數據表明石墨烯是目前世界上已知強度和硬度最高的材料，具有優異的電學、光學、熱學和力學性能，或將成為可實現高速晶體管、高靈敏度傳感器、激光器、觸摸面板、蓄電池及高效太陽能電池等多種新一代器件的核心材料。近期在國家自然科學基金（21173041，11134004）、973計劃（2012CB119401）、江蘇省雙創人才基金、東南大學人才引進基金（4012001020，4012001013）、蘇州科技局納米專項基金（ZXG2012029）等的支持下，郭新立開展了“高質量大尺寸石墨烯的制備及其在光電領域的應用”、“貴金屬納米粒子可控光學特性”和“高性能鐵電薄膜及器件”的研究工作。

傾注全力：科學研究與人才培養并重

歸國后，在教學工作、學科建設方面郭新立也下了很多功夫。新開設了“納米材料科學與技術”的研究生和本科生共選課程，結合自己在國外的科研成果，將國外最前沿的納米科技成果講述給學生，并輔以參觀實驗，深受學生的歡迎。2011年被評為東南大學最受歡迎的研究生授課教師之一；參加了東南大學一張家港工業研究院的建設工作，而郭新立說自己將繼續努力，以擴大東南大學在微納功能材料領域研究的知名度。

篇4

關鍵詞：水污染；膜技術；水處理

中圖分類號：TV 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914x（2014）08-01-01

1、膜分離技術的基本原理和特點

膜技分離術是近40 年來發展最迅速、應用最廣泛的水處理技術之一，主要包括微濾、超濾、納濾、反滲透以及電滲析等。這些膜是利用特殊制造的多孔材料，選擇性地分離水和水中的雜質。與傳統水處理技術相比，膜技術具有節能、投資少、操作簡便、處理效率高等優點[1]，因此已被廣泛應用于水處理。

1.1 幾種膜的工作原理

反滲透（RO）：反滲透是滲透的逆過程，料液側的組分首先選擇性吸附或溶解在料液側膜表面，在壓力差的推動下，使原液中的溶劑被壓到半透膜的另一側。

納濾（NF）：納濾膜是在RO膜基礎上發展起來的，因膜具有納米級的孔徑故名納濾，截留分子量約為200～1000，膜上具有核電基團，因此，NF分離作用既有篩分作用也有靜電作用。

微濾（MF）和超濾（UF）：都是在靜壓力的作用下進行液相分離的過程，在壓力差的推動作用下，溶劑和小于膜孔的低分子溶質透過膜，大于膜孔的溶質被截留。通常能截留相對分子在500以上，1000000以下的膜分離稱為超濾，能截留更大的分子稱為微濾。

電滲析（ED）：在直流電場的作用下以電位差為驅動力，通過荷電膜將溶液中的帶電離子與不帶電組分分離。

1.2 膜技術特點

膜分離技術的特點有：膜分離過程基本不發生“相”的變化，耗能低，能量轉化高；膜分離技術在常溫下便可以進行，適用于熱敏電阻；設備運動不減少，方便自動化控制，易于操作，維護；膜技術是一種純粹的物理過濾過程，不會有副產物；分離率高，效果好，設備體積小，占地少，適用于用地緊張的大、中型城市[2]。

2、膜技術在水處理中的應用

膜技術在水處理中的應用相當廣泛，既可以用于給水處理也可以用于廢水處理，同時在某些特殊的行業如電子，光學技術等方面也有涉足，而且已被廣泛應用。

2.1.在飲用水處理中的應用

由于水源水質的下降以及人們的生活質量的提升，傳統的給水處理工藝已經不能夠滿足人們的用水要求，而城市化進程的加劇使得本已疲憊不堪的供水系統雪上加霜。而膜技術的應用為這一問題提供了解決方向。姜紅等采用納濾膜對某市自來水進行深度處理，以研究納濾對自來水中有機物及離子等的去除效果，研究結果表明，采用一級納濾工藝，對濁度、CODMn、Cr6+和阿拉特津的平均去除率分別為85.47%、81.06%、77.20%和83.90%，對總硬度和陰離子的去除率保持在一個適中的水平。Diawara等采用DESAL-SDL納濾膜分離溶液中的鹵離子，結果表明，對氟離子的去除率可達83%，而對氯離子的去除率相對較低，僅為63%。

2.2 在工業廢水處理中的應用

2.2.1 印染廢水的處理

紡織印染行業中印染廢水成分復雜，色度大，濃度大且生物難降物質多，在廢水中對環境造成的污染比較嚴重。而傳統的水處理方法是生物法，但效果很差，達不到排放標準。利用膜技術方法對印染廢水進行深度處理后，完全可滿足回用水要求。福建省石獅市錦尚集控區污水處理廠的印染廢水經膜技術處理后廢水回收率可達60%以上，水質達到自來水標準。A.V.R.Reddy等人用聚酞胺/聚礬納濾膜處理染料廢水，來考察膜的截留性能，其廢水中的溶質除鹽分子外分子量均在600-1000之間，實驗研究表明，染料截留率可達99%以上。

2.2.2制革工業廢水的處理

長期以來，皮革行業一直是污染比較嚴重的行業之一，制革廢水的污染尤為嚴重。制革生產的過程中排出的廢水，不僅排放量大，種類多，有機物含量高，而且成分相當復雜[3]。膜技術處理皮革廢水，主要是回收有用物質，并回用處理后的廢水，以降低生產費用和水處理費用，減輕對環境的污染。A.Cassano等采用膜技術處理鞣革廢水，回收其中的鉻鹽，取得了很好的效果。牛濤濤等研究了用超濾法處理制革過程中的脫毛廢水并進行回用，研究結果顯示，超濾對廢水中COD的去除率能達到90%以上，透過液完全可以回用于脫毛工段。

2.2.3含油廢水的處理

含油廢水是一種量大面廣且危害嚴重的廢水，其來源非常廣泛，主要有鋼鐵廠冷軋乳液廢水、金屬切削液、金屬清洗液、油田采出水等。用常規工藝處理非常困難而且費用較高，而用膜技術處理石油廢水，對COD和油的去除率均很高。安興才等利用連續微濾（CMF）和反滲透（RO）膜技術對西北某石化廠排放的污水進行處理，研究結果表明：所產水的濁度

2.2.4食品工業廢水的處理

早在1990年代，食品工業就開始大規模地采用膜技術處理廢水。食品加工廢水一般含有高濃度有機物，如蛋白質、脂肪等，COD值較高，而且水量大[4]。夏仙兵將納濾膜用于海帶加工中廢水處理，對其副產物甘露醇提取純化。實驗表明，雜質去除率可高達90%，同時甘露醇的質量濃度可濃縮至初始料液的3倍左右。Jolanta Bohdziewicz等利用超濾（UF）和反滲透（RO）技術對豬肉廢水進行處理，結果表明，COD、BOD的去除率分別達到了70.5%和65.5%。

2.2.5重金屬廢水的處理

重金屬廢水在工業廢水中占有相當大的比例，而且具有極大的危害性，傳統的水處理工藝往往達不到排放要求，而利用膜技術處理重金屬廢水不僅可達標排放，而且可以回收有用物質。Kristina采用納濾膜處理含大量金屬離子的廢水，研究結果表明，納濾膜對Cd2+、Zn2+、Pb2+、Cr2+等二價離子的截留率大于90%。Krzysztof Karakulski等采用UF/NF聯用系統處理電纜廠排放的含Cu2+廢水，Cu2+去除率可達到92%，達到了廢水處理回用的標準。

3、結論

膜技術在國際上被公認為是21世紀最有發展前途的一項重大技術革命，與其它水處理技術相比，它具有分離效率高、節能、設備簡單、操作方便等優點，因而在水處理領域得到了廣泛的研究和應用。但膜污染和濃差極化的問題依然沒有得到很好的解決，不過隨著科技的不斷進步以及研究的加深，相信不久的將來， 這些問題都會得到解決，膜技術也將會在水處理領域繼續扮演著重要角色，在解決全球水資源危機中發揮著不可替代的作用。

參考文獻

[1] P 希利斯編，劉廣立、趙廣英譯，膜技術在水和廢水處理中的應用，北京：化學工業出版社，2003

[2] 何小娟，楊再鵬等，膜技術在水處理中的應用及膜材料的研究進展[J]，化工環保，2004

[3] 楊德敏，制革廢水處理技術的應用研究現狀[J]，皮革與化工，2011，28（1）34-39

篇5

量子糾纏在量子信息處理過程中的角色至關重要,尤其是在遠距離量子通信過程中,量子糾纏經常被用做量子通道連接遠距離的兩個節點.然而,在量子糾纏通道的分配設置過程中和通道建立后,糾纏不可避免地會受到通道和周圍環境噪聲的影響而降低,這就降低了遠距離量子通信的保真度和安全性.為了獲得高品質的量子糾纏通道來實現遠距離量子通信,需要用到糾纏濃縮方案[1−4].糾纏濃縮就是從糾纏程度較低的部分糾纏態中提取出糾纏程度較高的糾纏態甚至是最大糾纏態的方法.1996年,第一個糾纏濃縮方案被提出[1],這個方案是利用Schmidt投影方法實現的,而且要求兩個參與者獲得部分糾纏態的系數,也要用到聯合非破壞測量技術.之后,人們提出了很多的糾纏態濃縮方法.文獻[5,6]分別利用線性光學元件發展了Schmidt投影方法.Bose等[7]提出了基于糾纏交換的糾纏濃縮,這種方法需要用到聯合Bell態測量.2008年,Sheng等提出了一個高效的糾纏濃縮方法,可以通過重復糾纏濃縮過程提高成功率[8],并在2012年將這個方案做了改進[9].隨后,更多的糾纏濃縮方案相繼出現,例如多粒子糾纏態濃縮,包括Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)態[10,11],W態[12],團簇態[13]等,以及多維度的超糾纏濃縮[14−16].自從1998年Loss和DiVinoenz[17]提出在半導體量子點中利用電子自旋作為量子比特以來,自旋半導體量子點系統就由于它容易操作和擴展,并且有較長的相干時間,成為最有希望實現量子計算機的方案之一.人們己經提出了非常多的基于自旋半導體量子點來實現量子通信和量子計算的方案[18−23],量子點結構還可以用作單光子源和糾纏光子源等[24,25].Wang等[26]在2011年利用量子點和光學微腔的耦合系統構建了電子自旋態的宇稱檢測門,并在此基礎上實現了自旋糾纏態的提純和濃縮.隨后,他們簡化了這個方案,用一個量子點和一個單光子作為輔助來實現自旋糾纏態的濃縮[27].2013年,Sheng等[28]進一步簡化了自旋糾纏態濃縮的方案,他們只用一個輔助單光子就可以得到最大糾纏態.同時,基于量子點-腔系統也可以實現光子態的糾纏濃縮.在量子點-腔系統中實現的超糾纏光子態濃縮在2014年被提出.Ren和Long[29]利用單邊光學微腔中的量子點自旋實現了光子偏振和空間模自由度的宇稱檢測,并以此對光子偏振和空間模兩個自由度上的糾纏態進行濃縮.這個方案的成功概率可以通過重復執行糾纏濃縮來進一步地提高,而且它可以推廣到n光子超糾纏GHZ態的糾纏濃縮.然而,以上的糾纏濃縮方案需要知道部分糾纏態的系數或者需要重復糾纏濃縮過程,這些都降低了糾纏濃縮的效率.本文探討如何利用量子點-腔系統實現更加高效的光子偏振態糾纏濃縮.第2部分介紹量子點和雙邊光學微腔的相互作用;第3部分詳細介紹光子偏振態的糾纏濃縮方案;第4部分討論方案的保真度問題;第5部分是本文的總結.

2量子點和雙邊腔的相互作用

將一個單電子的量子點嵌入光學微腔中,用抽運光對系統進行激發可以產生帶負電的激子X−,這個激子是由兩個電子的自旋和一個空穴的自旋共同組成的.根據泡利不相容原理,X−的躍遷由過剩電子的自旋態控制.這樣會導致兩種圓偏振光經過量子點系統時的透射和反射呈現不同的性質,透射和反射系數也會有不同的相位和振幅.雙邊腔是指光學諧振腔的兩端都可以作為光子的輸出端,量子點被嵌在腔的中心.在雙邊腔系統中,光子的自旋是沿著腔的軸方向(z軸)的.根據光子自旋的不同,量子點-腔系統會產生兩種典型的躍遷.根據選擇定則,當過剩電子處于自旋向上的|⟩態,只有|L⟩態的左旋圓偏振光子被吸收,激子處于|⇑⟩態.如果過剩電子處于自旋向下的|⟩態,只有右旋圓偏振光子被吸收,激子處于|⇓⟩態.其中,|⇑⟩和|⇓⟩分別代表重穴自旋態|+3/2⟩和|−3/2⟩.如圖1所示,雙邊光學腔有兩個輸出端口.

3光子偏振態的糾纏濃縮

下面介紹偏振態糾纏濃縮的原理.假設兩個距離很遠的光子處于較低的糾纏態:可以看到,根據兩個量子點自旋態和輔助光子偏振態的測量結果,可以通過相應的單光子操作使光子A和B處于最大糾纏態(|R⟩A|R⟩B+|L⟩A|L⟩B)/√2.現在,測量兩個量子點的自旋態和輔助光子的偏振態,如果得到|R⟩1|⟩s1|⟩s2,|R⟩1|⟩s1|⟩s2,|L⟩1|⟩s1|⟩s2,|L⟩1|⟩s1|⟩s2,|L⟩2|⟩s1|⟩s2,|L⟩2|⟩s1|⟩s2,|R⟩2|⟩s1|⟩s2,或者|R⟩2|⟩s1|⟩s2,則光子A和B都處于(|R⟩A|R⟩B+|L⟩A|L⟩B)/√2,即最大糾纏態.如果得到其他測量結果,則光子A和B都處于(|R⟩A|R⟩B−|L⟩A|L⟩B)/√2,這也是最大糾纏態,并且可以通過簡單的單光子操作變成(|R⟩A|R⟩B+|L⟩A|L⟩B)/√2.所以在理想情況下,得到最大偏振糾纏態的概率為P=4|γ|2|α+β|2/8+4|δ|2|α+β|2/8+4|γ|2|α−β|2/8+4|δ|2|α−β|2/8=1,本文的方案是確定性的.通道噪聲并不會影響方案的成功概率,但是影響在通道1或者通道2測量得到輔助光子的概率。

4討論

以上成功概率是在理想條件下計算的,沒有考慮量子點-腔系統的耦合強度以及腔的泄漏對方案的影響.如果將耦合強度和腔泄漏率考慮進來,則需要計算系統量子態的保真度F=|⟨Ψf|Ψ⟩|2.這里,|Ψf⟩是包含外部環境影響時系統的最終態,而|Ψ⟩是理想條件下的最終態.本文以|R⟩1|⟩s1|⟩s2的測量結果為例,來說明不同的因素對糾纏濃縮的保真度的影響.

5結論

篇6

【關鍵詞】測量技術 高端制造領域 應用

【正文】

隨著近幾年世界經濟格局的變化和我國經濟技術高速發展的趨勢，測量技術的先進程度成為我國未來制造業賴以生存的基礎和可持續發展的關鍵。測量技術的發展水平及其在機械制造中的應用程度， 是衡量制造科技水平、 提高國家支柱產業核心競爭力的一個重要因素。因此，對于機械制造中測量技術應用的探討有其必要性。

一、三坐標測量技術在汽車制造中的運用

從上個世紀50年代第一臺坐標測量機的誕生到今天各類坐標測量設備的廣泛使用，坐標測量已經成為當今工業無可替代的一個重要組成部分。在過去近一個世紀的歷程中，工業和實驗用坐標測量機經歷了多個突破性的飛躍。在已經進入信息時代的今天，三坐標測量技術更是飛速地向前發展著，為工業制造提供著巨大的支持。 汽車制造業屬于新興的高科技產業，對科技技術的含量要求非常高。社會的發展要求汽車制造業不斷提高自身的技術，同時也要求來自其它各個領域的技術支持。其中，三坐標測量技術是一個很重要的方面。

汽車車身，以及汽車車身的覆蓋件大多數呈自由曲面狀，自上世紀90年代中后期起，為了提高測量效率，尤其是為了強化對生產過程的監控，利用先進的光學測量系統，在車間現場實施在線檢測的方式已越來越多地進入現代汽車業。一種以結構光學三維傳感器為基礎的高效“檢測站”，被測工件首先由傳輸裝置自動送入生產線上的測量工位，定位傳感器將工件的真實位置輸入計算機控制系統中，后者根據已編制好的測量程序自動控制安裝在框架上眾多光學三維傳感器中的每一個，對工件上的各關鍵部位進行檢測。一般固定的傳感器數量為10-30個左右，完成測量僅需40s左右，效率很高。

二、數字化精密測量技術在機床制造中的應用

數字化精密測量技術是數字化制造技術中的關鍵技術之一。開發亞微米、納米級高精度測量儀器，提高環境適應能力，增強魯棒性，使精密測量裝備進入生產現場，集成到加工機床和制造系統，形成先進的數字化閉環制造系統，是當今精密測量技術的發展趨勢。數控機床的精度和性能檢測領域中，國外著名廠商Renishaw、API及HP等公司生產的激光干涉儀測量系統和球桿儀等在數控機床的幾何精度和運動精度的檢測和監控中，無論在機床制造廠還是機床使用廠，都得到了廣泛的應用。

隨著MEMS、微納米技術的興起與發展，人們對微觀世界探索的不斷深入，測量對象尺度越來越小，達到了納米量級；另一方面，由于大型、超大型高端系統、機電工程的制造、安裝水平提高，以及人們對于空間研究范圍的擴大，測量對象尺度覆蓋范圍越來越大，目前已達91m～102 m的范圍，相差11個數量級之巨，高端制造中從微觀到宏觀的尺寸測量范圍不斷擴大。在此背景之下，微納制造、超精密制造、巨系統制造等系統中，傳統的測量方法和測量儀器受到極大挑戰，出現了納米尺度表征以及參數量值的統一和溯源等許多新的科學問題和工程技術問題亟待解決。

三、精細測量技術在發動機制造中的運用

發動機是由許多各種形狀的零部件組成，這些零部件的制造質量直接關系到發動機的性能和壽命。使產品質量的目標和關鍵漸漸由最終檢驗轉化為對制造流程進行控制，通過信息反饋對加工設備的參數進行及時的調整，從而保證產品質量和穩定生產過程，提高生產效率。降低企業的測量成本，計量人員的培訓費用，測量設備的使用和維修費用，達到提高測量檢測效率的目的，使企業具備生產過程的實時質量控制能力，這將關系到企業在市場活動中的應變能力，對幫助企業建立并維護良好的市場信譽，具有重要的決定作用。

例如各種尺寸類型的 齒輪專用檢測儀器，凸輪檢測儀器等。這樣往往導致企業的計量部門需要配置多類型的計量設備和從事計量操作的專業檢測人員，計量設備使用率較低，同時企業負擔較高的計量人員的培訓費用和計量設備使用和維護費用；企業無法實現柔性、通用計量檢測。因此，降低企業的測量成本，計量人員的培訓費用，測量設備的使用和維修費用，達到提高測量檢測效率的目的，使企業具備生產過程的實時質量控制能力，這將關系到企業在市場活動中的應變能力，對幫助企業建立并維護良好的市場信譽，具有重要的決定作用。

四、CAD測量技術在鋼箱梁制造中的應用

主塔勁性骨架為主塔施工定位的基礎，只有勁性骨架定位準確后，相應的鋼筋、模板、預應力波紋管才能根據勁性骨架的位置來進行定位。每次勁性骨架的安裝高度平均比每次將要施工的塔柱高度高1～2m，以利于下一節勁性骨架的安裝； 安裝第2節勁性骨架時，先將勁性骨架的現狀標高測定，然后利用CAD將勁性骨架將此標高的坐標求出，在勁性骨架節與節之間設置定位連接鋼板，在定位鋼板上放出所求坐標，將所要安裝的勁性骨架安裝定位。此方法有利于主塔定位，保證了主塔的施工準確性，從而解決了主塔空間定位難度大的問題。

根據鋼箱梁的結構特點，結合國內鋼材的供貨及運輸現狀，將節段組裝采用立體、階梯方式進行，即以預拼裝胎架為外胎，橫隔板為內胎，依次組焊各粱段的底板單元、斜底板單元、橫隔板單元、錨箱風嘴單元、頂板單元及附屬件，完成鋼箱梁節段的制作。橫向對稱設計，以底板、斜底板外形為基準面確定胎架形狀，利用型鋼制作支承鋼架與基礎預埋件焊接，每個預埋件處的基礎承載力不小于30t，支承鋼架分橫向鋼架和縱向連桿，縱向連桿將橫向鋼架連接起來，形成網架結構，使其具有足夠剛度。

隨著時代的發展與技術的進步，高端制造行業對測量技術的要求越來越高，依賴性也越來越大，在此背景下，大力發展測量技術，加強對測量技術的研制開發和推廣應用，以及研究測量技術的規范化與安全性， 是測量技術工作者一直關注的問題。因此，測量水平的高低，對先進制造技術的生產質量有很大影響，因此在施工中必須對測量技術的運用有足夠的重視。

【參考文獻】

[1]孫賢標 機械制造領域中對測量技術的應用探討[J] 城市建設理論研究 2012年第24期

篇7

2015年北京工業大學碩士研究生擬招生學科目錄已公布，具體內容請各位考生查看如下：

院（所）、學科代碼、名稱 學科方向 招生人數 考試科目 備注 001 機械工程與應用電子技術學院 223     0801 力學 _ 01動力學與控制 _ 02固體力學 _ 03流體力學 _ 04工程力學 27 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④811理論力學或812材料力學I   080200 機械工程 _ 01數字化設計與制造技術 _ 02精密數控加工與自動化裝備 _ 03現代焊接技術與自動化裝備 _ 04機電系統控制及自動化 _ 05機構及機器人系統分析與控制 _ 06機械及微機電系統結構設計 78 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④811理論力學或812材料力學I或813電工學   0804 儀器科學與技術 _ 01精密測試技術與儀器 _ 02現代測控技術及方法 _ 03計算機測試與控制技術 _ 04智能儀器與虛擬儀器技術 23 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④803電子技術I或812材料力學I或813電工學   085201 機械工程（專業學位） _01數字化設計與制造及裝備 _02現代機械系統設計 _03機電液一體化設計與制造 _04現代測控技術與儀器 _05高端裝備強度與動態分析 95 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④809工程力學或813電工學   002 電子信息與控制工程學院 232     0809 電子科學與技術 _ 01信號處理與電路 _ 02數字多媒體信息技術 _ 03信息光電子學與光通信 _ 04超大規模集成電路設計與系統集成 _ 05電子器件、射頻和功率集成電路及可靠性 58 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④822信號與系統或823半導體物理 1、01-02方向選822； 2、03-05方向選823。 0810 信息與通信工程 _ 01語音與音頻信號處理 _ 02多媒體通信技術 _ 03信號處理理論與通信技術 _ 04圖像與視頻信號處理 30 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④822信號與系統   0811 控制科學與工程 _ 01自動控制理論及其應用 _ 02測控技術與自動化系統 _ 03智能系統與智能信息處理 _ 04信息融合與自主導航 _ 05計算機控制技術及其應用 63 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④821自動控制原理   085208 電子與通信工程（專業學位） _ 01信號與信息處理及其應用技術 _ 02圖像處理與模式識別技術 _ 03多媒體通信技術 _ 04無線通信技術 _ 05嵌入式系統技術 35 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④822信號與系統   085210 控制工程（專業學位） _ 01工業過程的建模、控制與優化 _ 02系統工程（系統優化與決策） _ 03信息管理系統 _04生產過程綜合自動化 _ 05智能控制與智能系統 30 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④821自動控制原理   085209 集成電路工程（專業學位） _ 01集成電路設計 _02集成電路制備工藝及相關技術研究 _03微電子器件檢測與可靠性評價技術 16 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④823半導體物理   004 建筑工程學院 246     0814 土木工程 _01工程抗震減震與城市綜合防災減災理論、方法和技術 _02結構新體系與高性能材料 _03結構全壽命設計、健康監測與可持續發展 _04巖土與地下工程安全風險分析、評價方法和技術 _05工程施工技術與風險管理 _06水環境恢復工程及水質處理保障技術 _07建筑環境控制及能源利用技術 119 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③301數學一 ④841結構力學 或833土力學與地基基礎 或843鋼筋混凝土結構 或 845水分析化學與水力學；或846傳熱學Ⅰ或867流體力學Ⅱ 1、土木工程（含工民建、道橋等）或相近專業考生報考方向可選01～05，考試科目可選841或833或843； 2、給排水或相近專業考生報考方向可選06，考試科目可選845； 3、暖通或相近專業考生報考方向可選07，考試科目應選846或867。 0823 交通運輸工程 _ 01道路與鐵道工程 _ 02交通運輸規劃與管理 _ 03交通信息工程及控制 4 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④848道路工程 或 849交通工程或832交通信息與控制 1、01方向選848； 2、02-03方向選849或832。 0815 水利工程 _ 01水文學及水資源 _ 02水力學及河流動力學 _ 03水工結構工程 _ 04水利水電工程 _ 05港口、海岸及近海工程 10 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③301數學一 ④841結構力學或844水力學Ⅱ   085213 建筑與土木工程（專業學位） _01工程抗震減震與城市綜合防災減災理論、方法和技術 _02結構新體系與高性能材料 _03結構全壽命設計、健康監測與可持續發展 _04巖土與地下工程安全風險分析、評價方法和技術 _05工程施工技術與風險管理 _06工程項目管理及信息化 _07水環境恢復工程及水質處理保障技術 _08建筑環境與能源利用技術 100 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數學二 ④841結構力學或833土力學與地基基礎或845水分析化學與水力學 或846傳熱學Ⅰ或867流體力學Ⅱ 1、土木工程（含工民建、道橋等）或相近專業考生報考方向可選01～06，考試科目可選841或833或843； 2、給排水或相近專業考生報考方向可選07，考試科目可選845； 3、暖通或相近專業考生報考方向可選08，考試科目應選846或867。 085222 交通運輸工程（專業學位） _01道路交通安全理論與道路工程技術 _02交通規劃與交通控制理論及方法 _03智能交通、仿真與可持續發展整合體系 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④848道路工程或849交通工程或832交通信息與控制 1、01方向選848； 2、02-03方向選849或832。 1256 工程管理（專業學位） _ 00不區分研究方向 8 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二   005 環境與能源工程學院 152     070304 物理化學 _01能源材料物理化學 _02催化化學 _03納米材料物理化學 _04界面物理化學與分離技術 11 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③684物理化學I ④887無機化學II · 0807 動力工程及工程熱物理 _ 01可再生能源利用及先進環境能源理論與技術 _ 02強化傳熱傳質理論與工程應用 _ 03制冷低溫系統及其環保節能理論與技術 _ 04車輛及動力系統節能、凈化與控制 23 · ①101思想政治理論 · ②201英語一 · ③301數學一 · ④851傳熱學Ⅱ或852工程熱力學   0817 化學工程與技術 _ 01綠色化學與精細有機化工 _ 02工業催化與納米科學 _ 03膜科學與化工分離技術 _ 04材料化學理論與應用 _ 05先進材料合成及催化應用 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③302數學二 ④814物理化學Ⅲ或820有機化學I或878化工原理   0830 環境科學與工程 _ 01環境規劃與污染防治 _ 02污染控制化學 _ 03環境分析與監測 _ 04環境規劃與管理 _ 05水污染控制工程 _ 06大氣污染控制工程 28 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數學二 ④856環境影響評價或857微生物基礎I或858環境工程學 1、只有05方向招日語考生； 2、01-04方向，選856； 3、05方向選857； 4、06方向選858。 085206 動力工程（專業學位） _01可再生能源利用與先進環境能源技術 _02能源動力系統優化及工程應用 _03制冷低溫系統及其節能環保技術 _04動力機械及車輛動力系統節能、凈化與控制 32 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④851傳熱學Ⅱ或852工程熱力學   085229 環境工程（專業學位） _01水污染控制工程 _02大氣污染控制工程 _03環境規劃與管理 33 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④856環境影響評價或857微生物基礎I或858環境工程學 1、01方向選857； 2、02方向選858； 3、03方向選856。 006 應用數理學院 98     0701 數學 _ 01基礎數學 _ 02應用數學 _ 03運籌學與控制論 _ 04科學計算 35 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663數學分析 ④865高等代數   0714 統計學 _ 01非參數統計與數據分析 _ 02應用統計 _ 03生物統計 _ 04金融工程與應用概率 _ 05經濟統計 14 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663 數學分析 ④865 高等代數   0702 物理學 _ 01理論物理 _ 02凝聚態物理 _ 03光學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④861量子力學或863光學 1、01方向選861； 2、02方向選861或863； 3、03方向選863。 0803 光學工程 _ 01脈沖激光技術與應用 _ 02信息光學與應用 _ 03微納光學 _ 04光電傳感與檢測技術 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④828激光原理   0252 應用統計（專業學位） _01生物醫學統計 _02精算統計 _03數量金融 _04質量管理統計 17 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③303數學三 ④432統計學   007 計算機學院 151     0812 計算機科學與技術 _ 01 計算機系統結構 _ 02 計算機軟件與理論 _ 03計算機應用技術 _ 04 信息安全 68 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④895 計算機學科專業基礎   085211 計算機技術（專業學位） _ 01計算機網絡技術 _ 02計算機軟件技術 _ 03計算機應用技術 _ 04信息安全技術 83 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④896數據結構   009材料科學與工程學院 140     0805 材料科學與工程 _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 80 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎   085204 材料工程（專業學位） _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 60 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎   011 經濟與管理學院 182     1201 管理科學與工程 _ 01技術與項目管理 _ 02戰略管理與社會網絡 _ 03信息管理與信息系統 _ 04城市管理 _ 05運作管理與質量管理 _ 06金融工程 25 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理或805數據庫技術與應用   0202 應用經濟學 _01金融學 _02國際貿易學 _03產業經濟學 _04區域經濟學 _05數量經濟學 _06統計學 _07勞動經濟學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數學三 ④804經濟學原理   1202 工商管理 _ 01會計學 _ 02企業管理 _ 03旅游管理 _ 04技術經濟及管理 13 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理   1251 工商管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 99 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二   1252 公共管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 20 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二   012 建筑與城市規劃學院 60     0833 城鄉規劃學 _ 01城鄉規劃理論與方法 _ 02居住區規劃與設計 _ 03城市設計與景觀規劃 _ 04歷史城市與街區保護規劃 _ 05城市防災減災規劃 15 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③633城市規劃原理 ④503城市規劃與設計 接收建筑學、城市規劃學(含園林景觀)專業的考生報考。 0851 建筑學（專業學位） _01都市建筑設計及理論 _02歷史建筑的保護與更新 _03建筑與城市綠色環境技術 _04城市設計方法及理論 40 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③355建筑學基礎 ④504建筑快速設計 接收建筑學、城市規劃學專業的考生報考。 085237 工業設計工程（專業學位） _ 00不區分研究方向 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業設計基礎 ④502產品設計 接收工業設計、產品設計、藝術設計專業等相關專業考生報考。

085229 環境工程（專業學位） _01水污染控制工程 _02大氣污染控制工程 _03環境規劃與管理 33 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④856環境影響評價或857微生物基礎I或858環境工程學 1、01方向選857； 2、02方向選858； 3、03方向選856。 006 應用數理學院 98     0701 數學 _ 01基礎數學 _ 02應用數學 _ 03運籌學與控制論 _ 04科學計算 35 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663數學分析 ④865高等代數   0714 統計學 _ 01非參數統計與數據分析 _ 02應用統計 _ 03生物統計 _ 04金融工程與應用概率 _ 05經濟統計 14 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③663 數學分析 ④865 高等代數   0702 物理學 _ 01理論物理 _ 02凝聚態物理 _ 03光學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③662普通物理I ④861量子力學或863光學 1、01方向選861； 2、02方向選861或863； 3、03方向選863。 0803 光學工程 _ 01脈沖激光技術與應用 _ 02信息光學與應用 _ 03微納光學 _ 04光電傳感與檢測技術 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④828激光原理   0252 應用統計（專業學位） _01生物醫學統計 _02精算統計 _03數量金融 _04質量管理統計 17 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③303數學三 ④432統計學   007 計算機學院 151     0812 計算機科學與技術 _ 01 計算機系統結構 _ 02 計算機軟件與理論 _ 03計算機應用技術 _ 04 信息安全 68 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④895 計算機學科專業基礎   085211 計算機技術（專業學位） _ 01計算機網絡技術 _ 02計算機軟件技術 _ 03計算機應用技術 _ 04信息安全技術 83 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④896數據結構   009材料科學與工程學院 140     0805 材料科學與工程 _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 80 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎   085204 材料工程（專業學位） _ 01生態環境材料與資源循環技術 _ 02稀土、難熔金屬等功能材料 _ 03高性能結構材料技術 _ 04先進材料加工技術 _ 05光電信息與高效能源材料 60 ①101思想政治理論 ②204英語二或203日語 ③302數學二 ④875材料科學基礎   011 經濟與管理學院 182     1201 管理科學與工程 _ 01技術與項目管理 _ 02戰略管理與社會網絡 _ 03信息管理與信息系統 _ 04城市管理 _ 05運作管理與質量管理 _ 06金融工程 25 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理或805數據庫技術與應用   0202 應用經濟學 _01金融學 _02國際貿易學 _03產業經濟學 _04區域經濟學 _05數量經濟學 _06統計學 _07勞動經濟學 25 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③303數學三 ④804經濟學原理   1202 工商管理 _ 01會計學 _ 02企業管理 _ 03旅游管理 _ 04技術經濟及管理 13 ①101思想政治理論 ②201英語一或203日語 ③303數學三 ④801管理學或804經濟學原理   1251 工商管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 99 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二   1252 公共管理碩士（專業學位） _ 00不區分研究方向 20 ①199管理類聯考綜合能力 ②204英語二   012 建筑與城市規劃學院 60     0833 城鄉規劃學 _ 01城鄉規劃理論與方法 _ 02居住區規劃與設計 _ 03城市設計與景觀規劃 _ 04歷史城市與街區保護規劃 _ 05城市防災減災規劃 15 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③633城市規劃原理 ④503城市規劃與設計 接收建筑學、城市規劃學(含園林景觀)專業的考生報考。 0851 建筑學（專業學位） _01都市建筑設計及理論 _02歷史建筑的保護與更新 _03建筑與城市綠色環境技術 _04城市設計方法及理論 40 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③355建筑學基礎 ④504建筑快速設計 接收建筑學、城市規劃學專業的考生報考。 085237 工業設計工程（專業學位） _ 00不區分研究方向 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業設計基礎 ④502產品設計 接收工業設計、產品設計、藝術設計專業等相關專業考生報考。 036 學院 10     010108 科學技術哲學 _ 01科學技術與社會研究 _ 02工程倫理學 _ 03生態哲學與可持續發展問題研究 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③620科學技術史 ④825哲學   0305 理論 _ 01基本原理 _ 02中國化研究 _ 03思想政治教育 5 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③651基本原理 ④883思想政治教育基本原理   035 藝術設計學院 22     1305 設計學 _ 01 產品設計 _ 02 環境設計 _ 03 服裝與服飾設計 _ 04 工藝美術 _ 05 數字媒體藝術 _ 06 視覺傳達設計 7 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③622設計史論 ④505快題設計 505考試為6小時。 1351 藝術（專業學位） _ 01 產品設計 _ 02 環境設計 _ 03 服裝與服飾設計 _ 04 工藝美術 _ 05 數字媒體藝術 _ 06 視覺傳達設計 _ 07 動畫 _ 08 繪畫 _ 09 雕塑 8 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③622設計史論 或 619美術史論 ④505快題設計 或 506專業創作 1、01-04方向選622和505。 2、05-09方向選619和506。 3、506和505考試時間為6小時。 085237 工業設計工程 _01 工業設計 _02 設計管理 _03 交互設計 7 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③337工業設計基礎 ④502產品設計 報考02設計管理的考生須有兩年以上工作經驗，專業不限。 039 城市交通學院 87     0823 交通運輸工程 _ 01交通規劃理論與方法 _ 02道路與交通工程設計方法 _ 03交通安全理論與技術 _ 04智能交通控制與信息處理 _ 05路基路面結構與材料 _ 06道路養護與運營管理 23 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④848道路工程 或 849交通工程或832交通信息與控制 1、01-04方向選849或832； 2、05-06方向選848。 085222 交通運輸工程（專業學位） _01交通規劃技術 _02交通管理與工程設計 _03交通信息與控制技術 _04道路設施設計與施工技術 _05道路養護與管理 23 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④848道路工程或849交通工程或832交通信息與控制 1、01-03方向選849或832； 2、04-05方向選848。 0812 計算機科學與技術 _ 01智能交通信息處理 _ 02虛擬現實與交通仿真 _ 03物聯網信息感知與智能處理 _ 04智能人機交互與多媒體技術 _ 05交通大數據智能處理技術 21 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④895 計算機學科專業基礎   085211 計算機技術（專業學位） _ 01智能交通信息處理 _ 02虛擬現實與交通仿真 _ 03物聯網信息感知與智能處理 _ 04智能人機交互與多媒體技術 _ 05交通大數據智能處理技術 5 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④896數據結構   0811 控制科學與工程 _ 01智能交通系統控制 _ 02自主車輛與車路協同 _ 03交通圖像與視頻信號處理與分析 _ 04交通信息智能化處理 8 ①101思想政治理論 ②201英語一 ③301數學一 ④821自動控制原理   085210 控制工程（專業學位） _ 01智能交通系統管理與控制技術 _ 02智能車輛與車路協同控制技術 _ 03交通信息處理方法與應用 _ 04交通圖像與視頻信號處理技術 7 ①101思想政治理論 ②204英語二 ③302數學二 ④821自動控制原理

篇8

關鍵詞 教學改革 創新能力 物理 教學內容

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0 前言

應用物理學是當今高新技術創新發展的基礎，是多種技術學科的支柱。與本專業存在交叉的專業包括光學、工程物理、半導體和材料專業等。目前，我國對物理專業的人才需求仍舊是供不應求，但表面上卻是學生就業壓力大。對人才培養的需求加上建設創新型國家和國際經濟一體化的大背景，要求將創新教育貫穿于各級各類教育的全過程。本研究將立足于應用物理專業學生創新思維與創新能力的培養。對工科院校物理專業培養目標進行符合市場需求的重新定位，為高等院校物理專業深化教育教學改革提供有益經驗。

1 研究思路

學院本著“理工交融”的辦學特色和“厚基礎、寬口徑、重實踐、求創新”的人才培養模式，著力打造本科生的培養。注重與新科技、新產業以及地方經濟結合安排課程，積極開展大學生素質拓展和科技創新活動，正在走出一條分層次培養、適應社會需求的人才培養道路。

2 改革的內容

（1）改革培養方案，優化課程結構，多元化設置培養方向。學院將應用物理專業發展為應用物理、材料物理、光電信息科學與工程三個專業，完成人才培養方案修訂，并組織實施。并在實踐中進一步修改，使之逐步趨于完善；優化課程結構，按照“少而精”的原則設置必修課；增加選修課比重，允許學生跨系跨專業選修課程，使學生依托一個專業，著眼于綜合性較強的跨學科訓練；分層次設置課程，盡量做到因材擇課，興趣與學習結合。

（2）改革課堂教學，優化教學形式，把創新能力培育納入課堂中。學生的創新精神和創新能力的培養也必須滲透到各科課堂教學過程中。多門主干課實施教學模式改革，把創新能力培育納入課堂中。其中，電磁學、熱學、近代物理等課程改革獲得學校教學成果一等獎，光電子學基礎等課程改革獲得校教改立項并通過鑒定，原子物理學獲得校精品課程。大學物理獲得省級精品課程。用多樣的課堂教學形式，加強各學科的相互滲透和交叉綜合，拓寬學生的思維空間，注意融合學科前沿知識和高新科技，增大課堂信息量，激發學生的創新精神。

（3）實行實驗課分層次立體化教學模式，探索開放式實驗教學體系。改革實驗室管理運行機制，探索和完善實施開放式實驗教學的方法及其在課堂教學、實驗技能競賽、創新實驗設計競賽、本科生畢業設計（論文）中的應用。學生實踐創新能力得到了培養和提高。建成了河南省物理實驗示范中心、洛陽市光電功能材料重點實驗室。

（4）改革和完善學生科技創新體系，建立校內創新實踐基地。實行學生科學研究訓練計劃，引導學生在教師的指導下進行科研訓練；鼓勵學生申報大學生科研訓練計劃，科技創新項目等，通過科研促進教學，提高學生的科學素質，培養學生的科學精神。

（5）建立和拓展校企聯合培養模式，建立校外實踐基地，打造人才培養的新模式。建立和拓展校企聯合培養的模式，促進本科教育與社會對人才需求的接軌，提升學生就業能力，打造人才培養的新模式。和洛陽凱邁測控、四季沐歌等與物理專業緊密結合的企業建立聯合培養的模式，提高學生實踐能力，培養為區域經濟服務的實用型人才。

3 初步成果和效果

通過四年的改革，取得了令人滿意的效果。

（1）形成新的利于學生創新能力培養的物理專業整體培養方案和人才培養模式，建立系統的大學生創新能力培養體系。建立和完善分層次開放式實驗教學體系和新的實驗室管理運作模式。建設物理實驗教學示范中心開放式實驗教學管理網站。發表教研論文12篇，舉辦全國高等學校“熱力學與統計物理”教學與學術研討會。

（2）學生學習研究的主動性、積極性、創新性明顯提高。課外創新實踐產生了高質量成果。獲得河南省級“挑戰杯”，河南省機器人游大賽，中國機器人大賽，全國大學生數學建模，全國大學生英語競賽等比賽的二十余項獎項；學生申報或授權專利15項；參加SRTP項目40項；學生發表實驗研究論文23篇。

（3）開辟適應地方高校物理專業的校企聯合培養模式，與洛陽開拓者鉬業、洛陽鼎晶電子材料有限公司、洛陽嘉盛電源科技有限公司、洛陽金諾機械工程有限公司先后簽訂校企合作協議，建立一系列的實習基地，實施“預簽式” 培養辦學模式。

（4）通過教研結合，學生創新能力培養和科學技術研究相互促進，教師實驗科學研究成果顯著。物理工程學院五個科研團隊（光電功能材料、材料物性分析與模擬計算、光電信息及其圖像處理、微納結構與信息光學團隊、光納半導體與傳感材料），共近200篇，其中SCI收錄94篇，EI/ISTP收錄42篇；主持項目47項，其中國家級項目21項，省廳級項目26項；申請發明專利40余項。

4 結束語

本研究對全國同類高校的理工科專業學生創新能力的培養可起到一定借鑒作用。當然，應用物理專業的辦學需要研究的課題還很多，還需要在以后實踐中進一步探索。

本研究得到河南省高等教育教學改革研究項目（2012 SJGLX149，2014SJGLX197）

參考文獻

[1] 林德華，王新強，李芳昱.應用物理專業課程建設和教學改革[J].重慶大學學報（社會科學版），2009（5）：149-150.

[2] 王心芬，張秀榮.應用物理專業人才培養模式的探索[J].江蘇科技大學學報（社會科學版），2006.6（3）：97-100.

[3] 郝世明，李立本，鞏曉陽，等.注重創新能力培養的物理專業實驗教學改革[J].成才之路，2014（1）：56-56.

篇9

摘要：

本文結合SiO2納米球掩膜和反應離子刻蝕技術制備了結構呈周期性排列的多晶黑硅，再利用低濃度的NaOH溶液去除由荷能離子撞擊所帶來的損傷層，優化了多晶黑硅結構。然后在多晶黑硅上用原子層沉積技術沉積一層Al2O3薄膜，并對樣品進行快速熱退火處理。結果表明，采用低濃度的NaOH溶液可以完全去除損傷層，在保持原有黑硅結構的基礎上使表面結構更加光滑；經450℃快速熱退火后少子壽命達到29.34μs，表面復合速率為306cm﹒s-1，在可見光范圍內反射率降至7.12%，鈍化和減反射二者兼顧的效果顯著。

關鍵詞：

材料；反應離子刻蝕；去損傷；表面鈍化；氧化鋁

1引言

降低硅片表面反射率是提高晶硅太陽電池轉化效率行之有效的方法。黑硅即在硅片表面制備微納結構，從而達到降低表面反射率的目的。黑硅的制備方法可分為干法刻蝕和濕法刻蝕，其中干法刻蝕包括：飛秒激光法和反應離子刻蝕法；濕法刻蝕包括：電化學腐蝕法和金屬輔助化學腐蝕法。而RIE法在制備黑硅過程中所產生的等離子體會對樣品表面造成一定厚度的損傷層，影響電池轉化效率[1]。所以采用RIE法制備黑硅后需要進行去損傷處理，一般采用堿或酸溶液進行處理。由于微納結構會大大增加硅表面缺陷態密度，進一步增加表面載流子復合速率，從而降低電池轉化效率。通過表面鈍化技術可以有效降低表面復合速率，成為提高黑硅太陽電池光電轉化效率的主要手段之一。目前，已有多種表面鈍化技術運用到晶硅太陽電池。一種方法是通過高溫氧化工藝熱生長一層致密的二氧化硅層，從而降低表面懸掛鍵數量，達到鈍化效果[2]。但高溫不僅會對已形成的擴散結造成影響，且容易在襯底中形成位錯，影響體少子壽命。另一種方法是采用等離子體增強化學沉積低溫沉積本征氫化非晶硅(a-Si:H)，a-Si:H薄膜中富含H，經過一定的熱處理后薄膜內的H會向晶體硅/薄膜界面擴散，飽和硅表面懸掛鍵，但非晶硅的熱穩定性能較差，后期過高溫度的熱處理會使非晶硅晶化，從而惡化其鈍化效果[3-4]。目前工業上最常用的鈍化方法是采用PECVD沉積SiNx，其原因是SiNx薄膜具有生長溫度低、結構致密、能調節折射率等優點，能起到減反射和鈍化雙重作用[5]。但SiNx介質層中富含正電荷，在鈍化p型硅時背面會產生寄生分路從而影響效率[6]。利用原子層沉積技術沉積Al2O3來鈍化晶硅太陽電池是近年來提出的一種新型技術。1989年，R.Hezel等人[7]首次通過熱分解三異丙醇鋁沉積Al2O3對硅片表面進行了鈍化。2006年，B.Hoex等人[8]通過ALD技術制備了對硅表面具有優異鈍化性能的Al2O3薄膜。ALD的最大優點在于其自限制性，即使對于縱寬比高達100：1的結構也可實現良好的階梯覆蓋，而且得到的薄膜具有純度高、厚度均勻、保型性好等優點。M.Otto等人[9]采用ICP-RIE在單晶硅片上制得針狀結構后用ALD沉積了一層Al2O3，黑硅表面得到有效鈍化，少子壽命明顯提高。Wei-ChengWang等人[10]利用金屬輔助化學刻蝕法制備單晶黑硅后用ALD沉積了Al2O3/TiO2的雙層鈍化膜，制成電池后轉化效率達到18.5%。S.Schafer等人[11]采用電化學腐蝕法在單晶硅片上制備出了微米尺寸的多孔硅，然后用ALD沉積一層20nm厚的Al2O3薄膜，有效表面復合速率明顯降低。作為太陽電池的重要原材料，多晶硅比單晶硅具有更高密度的晶界、位錯、微缺陷等結構缺陷。在這些結構缺陷附近載流子復合速率較高，當其它雜質綴飾這些缺陷后，載流子復合速率會進一步增強[12]。研究多晶硅片的鈍化更顯重要。本文首先采用SiO2納米球掩膜和RIE技術相結合的方法來制備多晶黑硅，然后用低濃度NaOH溶液去除黑硅表面損傷層并對結構進行重構，再利用ALD技術在黑硅表面沉積一層Al2O3薄膜進行表面鈍化，通過掃描電鏡、紫外-可見分光光度計和少子壽命測試儀研究表面形貌、損傷層去除和Al2O3薄膜鈍化效果。

2實驗

本實驗采用太陽電池級p型4cm×4cm多晶硅片，電阻率約為2Ω•cm，厚度為180μm。采用傳統堿拋光工藝去除硅片表面機械損傷后，利用SiO2納米球掩膜和反應離子刻蝕技術來制備黑硅。眾所周知，RIE法制備黑硅結構時，荷能離子的轟擊會對硅片表面造成損傷，從而影響后期制備電池的效率。為了去除損傷層，采用低濃度的NaOH溶液處理黑硅，處理時間為0s~150s，間隔30s。最后用ALD技術沉積Al2O3薄膜并研究其鈍化性能。采用ALD系統，以三甲基鋁(TMA)和水為反應源，高純N2為載氣，在200°C下進行樣品沉積，最終生長的Al2O3薄膜厚度約為72nm。其反應方程式見式(1)：2Al(CH3)3+3H2OAl2O3+6CH4。(1)在原子層沉積Al2O3過程中，每個生長周期可分為兩個半反應：Si-OH*+Al(CH3)3SiO-Al(CH3)2*+CH4；(2)SiO-AlCH3*+H2OSiOAl-OH*+CH4。(3)在第一個半反應中(式(2))，TMA與吸附在硅表面的-OH反應，通過配體交換生成CH4和O-Al鍵；第二個半反應中(式(3))，水與表面甲基反應生成CH4和Al-OH鍵[13]。采用RTP300型快速熱退火爐對沉積后的樣品進行快速熱退火，退火時間為600s，溫度為400~550℃，間隔50℃。采用HITACHIS-2800SEM對所制備的黑硅表面形貌進行表征；采用島津UV-3600分光光度計對黑硅表面反射率進行測試；采用Sinton的WCT-120型少子壽命測試儀表征多晶黑硅少子壽命。

3分析與討論

3.1堿溶液處理對黑硅形貌的影響

干法制備黑硅的優勢是可以不受硅片晶向影響，能得到規則排列的錐形結構，有利于后續鈍化的進行。但干法制備黑硅不可避免的會在硅片表面造成一定損傷，從而影響少子壽命。因此本文先采用SiO2納米球掩膜和RIE技術相結合的方法來制備黑硅，然后利用低濃度堿溶液處理黑硅樣品，以達到去除損傷層和對樣品表面結構重構的作用。圖1是堿溶液處理前后及鈍化后黑硅表面及截面的SEM圖，由圖1(a)、（b）可以看出，RIE法制備的黑硅結構呈圓臺狀并在圓臺上表面存在很多小結構；圖1（c）、（d）分別是用1%NaOH處理120s后的表面和截面SEM圖，不難發現：黑硅結構發生了重構，由處理前的圓臺結構變為處理后的圓錐結構，圓臺上表面的微小結構完全被去除，結構更顯光滑且呈HCP方式排列，結構深度基本沒有變化約為500nm（圖1（d））。圖1（e）、（f）是鈍化后黑硅表面和截面的SEM圖，沉積Al2O3薄膜后，黑硅形貌依舊保持原來圓錐狀結構，Al2O3薄膜在黑硅表面實現了良好的階梯覆蓋，只是形貌更顯圓潤；由于ALD有著良好的保型性，結構深度沒有很大變化，而結構間的間距因沉積Al2O3薄膜而有一定縮小。

3.2堿溶液處理對黑硅表面反射率的影響

圖2是樣品經1%NaOH溶液處理不同時間后的反射率曲線，由圖2(a)可知：隨著堿處理時間的增加，反射率逐漸上升；400-1000nm波長范圍內，平均反射率由0s時的8.11%上升到150s時的17.82%，遠小于用堿拋光過的硅片的反射率（35.19%）。堿處理后反射率的上升是由于硅片表面形貌的變化以及小結構被堿腐蝕所導致。堿處理并沉積Al2O3薄膜后樣品的反射率曲線如圖2(b)所示。沉積Al2O3薄膜后，樣品反射率明顯下降，平均反射率由未鈍化時的8.11%(圖2(a))降到5.31%(圖2(b))，展現出良好的減反效果。這是由于沉積Al2O3薄膜后，會在空氣與硅表面形成折射率漸變層，減少光的反射。堿處理時間為0s，樣品鈍化后平均反射率為5.31%；處理150s時為7.56%；拋光硅片為19.96%。當堿處理時間低于150s時，鈍化后樣品的平均反射率基本不隨堿處理時間變化；在580nm波長左右時，反射率曲線發生重合。

3.3堿溶液前處理時間對鈍化后黑硅少子壽命的影響

有效少子壽命τeƒƒ由樣品體壽命τbulk、上表面有效壽命τtsurface和背表面有效壽命τbsurface共同決定，它們之間的關系如式(4)：ƒƒ1111=++ebulktsurfacebsurface。（4）由于體壽命遠大于表面有效壽命，可假設體壽命為無窮大，通過式(5)可以計算出有效表面復合速率(SRV)。ƒƒƒƒ2eeSW，（5）式中：Seƒƒ為有效表面復合速率，W為樣品厚度[14]。樣品鈍化并經500℃快速熱退火后少子壽命和SRV隨堿溶液前處理時間變化如圖3所示。隨著堿處理時間的增加，少子壽命快速上升，SRV急劇下降，主要原因是RIE會對硅片表面造成損傷，表面缺陷態密度增加，而低濃度的堿溶液能有效去除硅片表面損傷層，隨著堿處理時間的增加，損傷層越來越薄直至完全去除。未經堿處理的樣品經鈍化后少子壽命只有5.38μs，SRV達到1672cm﹒s-1；當處理時間為120s時，少子壽命達到最高為27.42μs，SRV降為328cm﹒s-1，說明此時損傷層基本去除干凈；隨著堿處理時間的繼續增加，少子壽命輕微下降，產生原因可能是堿處理時間的進一步增加，黑硅結構變化所導致。

3.4退火溫度對鈍化后黑硅少子壽命的影響

樣品經低濃度NaOH溶液處理120s后少子壽命達到最高，選取該樣品進一步研究鈍化后其少子壽命和SRV隨退火溫度的變化，變化曲線如圖4所示。由圖可見，少子壽命隨退火溫度升高先上升后下降，在退火溫度為450℃時達到最大值為29.34μs，隨著退火溫度的進一步升高，少子壽命緩慢下降。主要原因是退火前，H原子以-OH鍵形式存在于Al2O3介質層中，隨著退火溫度的升高，-OH鍵獲得足夠的能量斷開，從而H原子被激活，穿過SiO2-Si界面層，復合硅片表面的懸掛鍵，減少了界面態密度，增加了少子壽命。同時，由于濃度梯度，氧離子和硅離子發生互擴散，兩種離子的擴散率和擴散長度隨溫度的升高而增大，在SiO2-Si界面處生成SiOx，導致氧缺陷的增加從而加劇了表面復合，少子壽命減小[15]。SRV值變化趨勢與少子壽命變化趨勢相反，在450℃時達到最低為306cm﹒s-1。

4結論

本文采用SiO2納米球掩膜和RIE技術相結合的方法來制備黑硅，用低濃度NaOH溶液去除黑硅表面損傷層，同時對結構進行重構。發現隨著堿處理時間的增加，樣品少子壽命增加，并隨退火的升高先上升后下降。當樣品用NaOH溶液處理120s后，黑硅表面損傷層能完全去除干凈，平均反射率為7.12%；然后在450℃進行快速熱退火，少子壽命達到最優值29.34μs，在犧牲一定反射率的基礎上，能達到很好的鈍化效果。結果表明，低濃度NaOH溶液能有效去除干刻所帶來的損傷；而沉積一定厚度的Al2O3薄膜，兼具表面鈍化和減反射的雙重作用，對下一代高效多晶黑硅太陽電池的研制有很好的指導作用。

5致謝

感謝江蘇省光伏科學與技術協同創新中心對本工作的支持，江蘇高校優勢學科建設工程資助。

參考文獻：

5.馬新尖,林濤.雙層SiNx膜對單晶硅太陽電池性能的影響及XPS表征[J].激光與光電子學進展,2015,52(6):061608-1-061608-6.

6.吳大衛,賈銳,武德起,等.氧化鋁鈍化在晶體硅太陽電池中的應用[J].微納電子技術,2011,48(2):118-127.

14.李想,顏鐘惠,劉陽輝,等.原子層沉積Al2O3薄膜鈍化n型單晶硅表面的研究[J].材料導報,2013,27(4):40-43.

篇10

關鍵詞：現場超大尺寸測量；iGPS；數字攝影；組合測量

中圖分類號：P205 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0181-02

Abstract：With the development of technology， super large-dimension measurement system in the forefront of scientific research， defence industry is also in the national production has a broad range of applications and needs. Size measurement with notable features： measuring space， measuring environment， interference factors much more complex features. This paper analyses and compares the existing eight large size measurement system analysis may be applied to in-situ super large-dimension measurement technology. Introduces the IGPS and digital photographic technique applied to large sizes measuring strengths and weaknesses.

Key words：super large-dimension measurement； iGPS； digital photography； combination measurement

技術的發展歷史方向都是由常規向極端發展，隨著測量技術的發展，測量范圍也向極大極小尺寸發展。在小尺度上已經成功開辟了微納測量研究領域，比較而言，現場超大尺寸測量的研究投入不足，尚未形成系統的理論和方法，對現場超大尺寸坐標測量技術及其相關理論體系的研究有待進一步深化。

和常規測量相比較，現場超大尺寸測量具有顯著特點：測量空間大、測量環境復雜、干擾因素多，測量設備和測量系統必須在測量現場進行組建、校準和量值傳遞，精度保證困難；此外，極高的相對測量精度、被測對象多樣性、測量效率低等也是大尺寸測量領域亟待解決的問題?，F代大尺寸精密坐標測量技術是一門集電子、光學、圖像、傳感器、制造及計算機技術為一體的綜合叉學科。

在重大技術裝備涉及的關鍵技術中，大尺寸精密坐標測量技術是其中的基礎支撐技術之一。國內發展勢頭最好的幾個重裝技術及應用領域，如大型飛機制造、電力能源設備制造及安裝、船舶殼體裝配等，都對超大尺寸精密測量技術提出了迫切需求。

1 超大尺寸測量

超大尺寸測量則是指在測量對象從十米到幾百米尺寸范內的測量，而通常測量精度要求為1～10ppm。測量類型分類見表1。

超大尺寸坐標測量技術的需求和應用主要包括以下幾個方面：（1）航空航天；（2）船舶工程與海洋工程；（3）電力電網行業；（4）大型建筑結構。（5）軌道交通。此外，大尺寸測量系統還應用于科學研究領域，如天體望遠鏡、粒子加速器等設備外形尺寸的研制，自動化生產設備（如機械手臂等）的運動參數分析中。超大尺寸測量系統無論在科研前沿、國防工業還是在國民生產領域都有著廣泛的應用和需求，開展對超大尺寸測量系統相關理論和設備的研究具有廣闊的應用前景。

2 技術比較

現存的大尺寸的測量方法主要有八種，表2對國際領先的八種典型大尺寸測量系統進行了比較。從表中可以看出關節臂測量機和三坐標測量雖然精度很高，但是由于其測量范圍限制，并不能適用于超大尺寸的測量。對于經緯儀測量系統和全站儀測量系統而言，其自動化程度低，動態測量能力差，并不能滿足現場實時測量的要求。激光跟蹤和激光掃描測量系統對超大尺寸測量全場時間花費長，且對工作的環境要求很高，抗干擾能力差，不適合進行現場超大尺寸測量。

數字攝影測量系統在微米到幾百米的尺度上都能進行較高精度的測量，便攜及非接觸測量的特點使得其能在惡劣和極端環境正常工作?？煞奖闩c其他測量系統形成組合兼容，是一種很有前景的現場超大尺寸測量技術。典型系統是美國GSI公司的V-STARS。V-STARS精度非常高，精度可達5μm+5μm/m。缺點是對軟件數據處理能力要求很高，目前國內的軟件處理離達到V-STARS的精度還有一定距離。

iGPS（indoorGPS）測量系統其原理跟GPS一樣，利用三角測量原理建立坐標系，不同的是iGPS采用紅外激光代替了衛星信號，它利用發射器發出紅外信號。測量一個點所需要的最少發射器是2個，發射器越多，測量越精確，測量范圍越大。理論上只要增加發射器數量，iGPS擁有無限擴展的能力，是最有前景的現場超大尺寸測量技術。iGPS目前主要應用機制造業，典型產品是美國ArcSecond公司的iGPS系統，如今該公司已被Nikon公司收購。在40m以內時測量精度較高，單點測點精度0.2mm。

3 結語

本文分析比較了八種大尺寸測量系統的特點，總結了在現場超大尺寸測量的應用前景。目前并沒有適用全部情況的大尺寸測量系統，一般都是根據不同測量系統的優缺點，將幾種測量系統組合的組合測量系統。

參考文獻：

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