1 东北大学信息科学与工程学院,辽宁 沈阳 110819
2 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110819
3 河北省微纳精密光学传感与检测技术重点实验室,河北 秦皇岛 066004
将光纤法布里-珀罗(法珀)微腔与微波导相结合,提出一种光纤法珀微波导腔高灵敏度折射率传感器。光纤法珀微腔可以将光场限制在微米量级的区域内,并对腔内的微波导结构起支撑保护作用;微波导在保证结构良好导光能力的同时,基于其强倏逝场特性,进一步提升整体结构的折射率灵敏度。此外,基于飞秒激光双光子聚合高精度3D打印技术,可实现波导直径仅为2 μm的光纤法珀微波导腔,并保证良好的制备重复性。实验结果表明:随着光纤法珀微波导腔传感器腔内液体折射率的增加,传感器的干涉光谱发生蓝移,在1.3346~1.3764折射率范围内灵敏度可达525.81 nm/RIU,与仿真获得折射率灵敏度(555.14 nm/RIU)结果接近;该传感器还展现了优良的线性响应特性,线性拟合系数可达0.9948;相比于传统无微波导的光纤法珀微腔结构,干涉光谱峰值提升了8.2 dB,折射率灵敏度提升了近4倍。
光纤传感器 光纤法珀微波导腔 微波导 双光子聚合3D打印 折射率
国防科技大学 空天科学学院, 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
陶瓷基多孔结构既继承致密陶瓷材料耐高温、电绝缘、化学稳定的优异性能, 又兼具多孔结构低密度、高比表面积、低热导率的独特优势, 已被广泛应用于隔热、骨组织工程、过滤及污染物清除、电子元器件等领域。但是, 陶瓷基多孔结构的传统成孔方法在宏观尺度创造复杂几何外形与微纳尺度调控孔结构形态方面仍面临巨大挑战。近几十年来, 研究人员一直致力于创新陶瓷基多孔结构的加工成型方法, 以直写3D打印为代表的增材制造技术成为当前研究的热点, 并迅速发展出一系列成熟理论与创新方法。本文首先概述了陶瓷基多孔结构的传统成孔方法与增材制造成孔方法, 进一步详细介绍了直写组装成孔工艺过程, 主要包括假塑性墨水配方、固化策略、干燥及后处理, 分析了传统成孔方法与直写3D打印二者的组合技术在构筑陶瓷基多级孔结构方面的可行性, 总结了直写3D打印技术在制造复杂陶瓷基多孔结构领域的新观点、新进展和新发现, 最后结合陶瓷基多孔结构实际应用现状对直写3D技术的未来发展与挑战进行了展望。
增材制造 直写3D打印 陶瓷 多孔材料 功能应用 综述 additive manufacturing direct-ink-writing 3D printing ceramic porous material functional application review
1 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术重点实验室, 陕西西安 710000
2 中国空间技术研究院, 北京 100081
3D打印通过流体材料或粉体材料的层片叠加, 将 CAD设计转化为三维实体零件, 无需模具或机加工, 凭借极大的设计自由度和生产效率, 近年来逐渐用于工业产品的直接制造, 在配件减重、模型验证、复杂结构一体化成型、零部件受损修复方面具有极大的优势。本文介绍了 3D打印技术及其分类, 举例分析该技术在航天器微波部件的应用情况, 探讨其对射频器件制备的影响。最后, 对 3D打印在空间部件制造的关键问题和发展进行了展望。
3D打印 航天应用 空间微波部件 在轨增材制造 3D printing aerospace applications microwave devices on-orbit manufacturing 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(4): 555
1 安全工程国家级实验教学示范中心(河南理工大学), 焦作 454003
2 河南理工大学 a.安全科学与工程学院
3 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心, 焦作 454003
4 河南理工大学 b.能源科学与工程学院, 焦作 454003
5 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心, 焦作 454003
6 深井岩层控制与瓦斯抽采国家安监局科技支撑平台, 焦作 454003
电子雷管是爆破工程领域目前采用的主要起爆方式, 但因其具有高危险性和特殊管控要求, 无法在课堂教学和实验教学中使用, 亟待研发一种安全可靠且可重复使用的模拟器材。基于STC15单片机, 设计与调试了教学用模拟电子雷管, 借助3D打印技术, 制作了模拟电子雷管, 并成功应用于雷管检测和起爆网路模拟实验教学。研究表明: 模拟电子雷管主要由电源电路、雷管模拟电路和PCB板构成, 由雷管一端伸出一对引线连接电源, 通过电源电路给单片机控制芯片、驱动电路及声光模拟器件供电, 通电后单片机控制芯片可以按照写入的程序驱动声光模拟器件模拟电子雷管工作, 从而实现了延期爆破时间可调节、爆破真实场景可模拟、内部结构可直观观测以及串并联稳定运行等功能; 通过实验教学, 让学生了解了电子雷管的结构和特性, 掌握了雷管性能检测方法和起爆网络连接方法, 充分调动了学习“爆破安全”课程的积极性, 充分发挥了主观能动性, 有效提高了实操能力, 实验教学效果良好。
爆破安全 实验教学 模拟电子雷管 单片机 3D打印技术 blasting safety experimental teaching analog electronic detonator microcontroller 3D printing technology
1 中国信息通信科技集团有限公司 a.光通信技术和网络全国重点实验室;b.国家信息光电子创新中心,武汉 430074
2 鹏城实验室,广东 深圳 518000
超表面是一种周期性亚波长人工结构薄层,其与入射电磁波共振耦合所引入的相位突变打破了传统光学对空间光程累计的依赖,表现出独特的电磁学特性。过去10年来,超表面以其优于传统光学元件的超薄厚度、超短调制距离和超高分辨率光波操纵能力受到研究者们的广泛关注。并且作为超材料的二维对应物,超表面更易于被制造和集成到器件中,可以工作在微波到可见光波长范围内。常用于超表面的制造工艺包括紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻和纳米压印等,但超表面的大规模应用仍面临加工精度与大面积、大规模制造和加工成本之间的矛盾。基于飞秒脉冲激光和双光子聚合反应的双光子三维(3D)打印技术可以实现高精度、复杂3D模型和无掩膜的一步制造,具有加工便捷和灵活的优点,以及大面积制造的潜力,被广泛应用于超表面结构研究与制备。文章对基于双光子3D打印技术制备的超表面光器件的近期研究工作进行了综述。文章首先概述了超表面的概念、优势及加工方法,然后介绍了双光子3D打印技术的原理、发展历程和工艺优势,随后分类综述和讨论了表面等离激元超表面、超透镜、超表面纳米显示与图像处理和与光纤端面集成超表面的近期研究工作,最后对基于双光子3D打印技术的超表面光器件进行了评论与展望。
超表面 双光子聚合 三维打印 光器件 表面等离激元 metasurface two-photon polymerization 3D printing optical device surface plasmons
1 1.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
3 3.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
具备良好成骨性能和降解速率的生物陶瓷骨组织工程支架在骨修复领域极具应用潜力。镁黄长石(Ca2MgSi2O7)因其具有良好的力学性能、生物降解能力以及促成骨性能而备受关注。本研究以硅树脂为聚合物前驱体、碳酸钙与氧化镁为活性填料制备打印浆料, 采用挤出式3D打印技术在室温条件下制备支架素坯, 并在惰性气氛下高温烧结制备了镁黄长石生物陶瓷支架, 并对比研究了镁黄长石支架与斜硅钙石(Ca2SiO4)、镁橄榄石(Mg2SiO4)支架在结构、抗压强度、体外降解能力以及体外生物学性能等方面的差异。结果表明: 镁黄长石支架与斜硅钙石、镁橄榄石支架具有相似的三维多孔结构, 抗压强度、降解速率介于镁橄榄石和斜硅钙石之间, 但促进骨髓间充质干细胞的成骨基因表达能力显著强于镁橄榄石和斜硅钙石支架。本研究证实采用3D打印制备的镁黄长石支架有望作为骨组织工程较理想的支架。
聚合物前驱体 3D打印 生物陶瓷 polymer precursor 3D printing bioceramics
1 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室, 南京 210023
应用日益广泛的可穿戴设备要求其中的传感器件可拉伸、可弯曲,因此柔性传感器已受到人们的重视。文章对柔性压力传感器的微结构、材料、制备工艺等方面进行了综述,重点总结了现阶段柔性传感器所采用的各种结构,比较了天然微结构、仿生表面微结构、多孔结构、多级结构、多层结构柔性压力传感器的重要性能。介绍了目前常用的柔性基底材料和导电活性材料,对比了光刻技术、3D打印等制造工艺的优缺点,对柔性压力传感器的未来研究方向进行了展望。文章对相关柔性器件的研究具有较高的理论价值和工程参考意义。
柔性压力传感器 微结构 柔性基底材料 3D打印 flexible pressure sensor microstructure flexible substrate material 3D printing
南开大学电子信息与光学工程学院现代光学研究所天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室,天津 300350
基于近场探针的太赫兹扫描成像系统能够突破衍射极限探究物质隐藏的细节,但是传统基于微纳加工工艺的近场探针存在工艺复杂、传输损耗较大的缺点。提出了一种基于空心圆波导的渐变开口圆锥形近场探针设计方法,所设计的探针能够通过圆波导实现低损耗传输,同时利用渐变开口圆锥形针尖实现亚波长聚焦。为了验证方法的可行性,采用3D打印技术对所设计的探针进行加工,然后基于高精度三维扫描平台搭建了一套0.1 THz近场扫描成像系统。实验结果表明该探针能够实现亚波长超分辨聚焦,实验结果与仿真结果一致。
光学设计 3D打印 近场探针 太赫兹 超分辨 中国激光
2023, 50(23): 2314001
强激光与粒子束
2023, 35(10): 102001