暨南大学光子技术研究院，广东省光纤传感与通信技术重点实验室，广东 广州 511443
光聚合微纳3D打印作为一种微纳尺度的增材制造技术，在高精度、复杂三维微纳结构的制造方面具有显著优势，已被广泛应用于微机电系统、微纳光子器件、微流体器件、生物工程领域。本文首先介绍了光聚合微纳3D打印技术的光物理/光化学原理，重点对所涉及的各种类型的打印工艺及其应用领域进行综述；然后讨论了一些前沿性的微纳3D打印方法，通过回顾和比较这些最新的技术，阐明了打印分辨率与打印效率之间的关系，以及串行扫描、并行扫描、面投影和体投影的打印模式对微纳3D打印性能的影响；最后对微纳3D打印技术进行全面总结与概述，并对其未来的发展趋势和应用前景予以展望。
中国激光
2022, 49(10): 1002703
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
微透镜阵列是一种被广泛应用于光信息处理、光传感、光计算、光通信和高灵敏度成像等领域的精密光学元器件之一。通过一些先进的制造技术已经可以制造出不同几何形状、轮廓和光学特性的微透镜阵列。然而，由于三维微制造工艺的难度，使得高填充因子微透镜阵列中的微透镜很难实现紧密排列。提出了一种快速、低成本的微流体操纵技术，用于制备高填充因子微透镜阵列，且对其制备工艺进行了初步的演示。这种易于操作的制造技术适用于微透镜阵列的大批量生产，极大地提高了生产效率。通过预先制备出的三种不同尺寸(微柱直径分别为300、500、700 μm)的微柱，实现了与其对应不同形状和尺寸的微透镜阵列的制备，并搭建了一套光学成像系统以对这些微透镜阵列进行成像性能的评估。主要对微透镜阵列的焦距、成像精度和每个微透镜阵列中各个微透镜子单元成像的均一性进行测试，利用所提出的微流体操控技术制备的微透镜阵列具有良好的成像性能，有望能够被应用到三维成像、光均匀化等诸多应用中。
微透镜阵列 微加工 微流体操控技术 高填充率 microlens array micro-fabrication microfluid-manipulation techniques high-filling-factor 红外与激光工程
2021, 50(10): 20200476
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学电子与信息工程学院陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
3 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
飞秒激光直写技术广泛应用于微加工领域,并在仿生特殊润湿性材料领域取得了重要进展。总结了国内外关于飞秒激光微加工技术在仿生超疏水领域的最新应用进展,并从超疏水表面材料、超疏水相关的功能浸润性和超疏水材料的应用三个方面分别进行了阐述,并展望了该领域未来的发展与挑战。
激光技术 飞秒激光微加工 超疏水 仿生润湿性 可调黏滞性 油水分离 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 110001
中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
针对PET塑料耐温性能较差，与标准微纳加工工艺不兼容等问题，开发了面向PET塑料基底材料的光刻、镀膜等微纳加工工艺。通过CVD生长、转移等方式将单层石墨烯薄膜附着于0.5 mm厚PET基底，并采用微纳加工的方式制备了柔性石墨烯压阻应变计。工艺结果表明，本研究所提出的加工方法适用于以PET塑料作为衬底材料的柔性微纳器件的制作。通过对PET塑料衬底施加应变并测量石墨烯的电阻变化率，可计算出石墨烯的压阻应变系数约为1.3。
石墨烯 应变计 PET塑料 微纳加工 graphene strain sensor PET micro-fabrication 强激光与粒子束
2018, 30(3): 034101
1 上海应用技术大学理学院, 上海 201418
2 上海应用技术大学机械工程学院, 上海 201418
利用波长为248 nm的氟化氪(KrF)准分子激光器加工了掺镧锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、硅(Si)和聚二甲基硅氧烷(PDMS), 研究了准分子激光对这3种材料的加工效果。为了解决传统切割工艺加工PZT膜片时易发生破裂的问题, 研究了准分子激光加工PZT微结构的性能。通过调整准分子激光器的激光脉冲能量、脉冲频率、扫描速度及扫描次数等参数, 获得了加工参数及其与PZT沟槽加工深度和宽度的关系。研究了辅助气体对准分子激光加工PZT表面粗糙度的影响。用准分子激光器制备了基于PZT-Si复合材料的微悬臂梁和微膜片, 并测试了其压电性能。结果表明, 利用准分子激光器加工的2种PZT微压电结构具有良好的压电性能, 可作为微压电驱动器的关键器件, 验证了用准分子激光器加工PZT微结构的可行性。
激光技术 微细加工 准分子激光 压电陶瓷 微悬臂梁 微膜片 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 091403
江阴职业技术学院机电工程系, 江苏 江阴 214405
基于双光子吸收微制造原理和自制双光子微制造系统, 对不同激光功率和不同曝光时间下, 轴承的微加工成型性进行了研究。在photomer 3015树脂内实现了轴承的双光子聚合微加工, 通过SEM分析了滚动轴承的微观形貌。结果表明, 在同一激光功率下, 轴承的成型与曝光时间无关, 但曝光时间过长, 会影响制件的成型性; 在同一曝光时间下, 激光功率过小, 光敏材料聚合不充分, 功率过大会造成材料温度过高而无法成型; 在激光功率为0.3 mW, 曝光时间为6 ms时, 所制备的轴承轮廓清晰。微小轴承总加工时间与激光功率无关, 与曝光时间呈线性关系。
双光子吸收 光聚合 微制造 two photon absorption photopolymerization micro-fabrication
1 上海应用技术大学 理学院, 上海 201418
2 日本立命馆大学 微系统系, 日本 京都 525-8577
微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术, 以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶, 在PMMA基板上制造了微透镜阵列, 并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形, 并通过掩膜图形模拟仿真, 预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后, 理论上会得到半圆柱状三维结构; 第一次光刻后将掩膜板旋转90°, 进行第二次移动曝光光刻, 最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm×10 mm的30×30个微透镜阵列, 阵列中每个微透镜的直径约248 μm、厚度约82 μm。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。
微透镜阵列 微制造 X光光刻 移动光刻 micro lens array micro fabrication X-ray lithography moving lithography PMMA PMMA 红外与激光工程
2016, 45(6): 0620001
1 上海应用技术大学 理学院, 上海 201418
2 立命馆大学 微系统系, 京都 525-8577日本
利用锆钛酸铅(PZT)的逆压电效应, 设计并制备了膜片式压电微泵。 通过将电能转换为机械能, 实现了液体的微流体控制。微泵由微驱动器与单向微阀两部分组成; 微驱动器主要为液体流动提供驱动力, 单向微阀则用于精确控制液体的流动方向。通过对PZT-Si膜片的位移量、位移形状的仿真分析, 确定了微驱动器的设计尺寸, 并估算其液体驱动性能。利用共晶键合工艺、研磨减薄工艺、硅深反应离子刻蚀工艺和准分子激光加工工艺等制备出了微驱动器和单向微阀。最后, 设计了驱动测试实验, 检测了微泵的液体驱动性能。测试结果表明: 所制备的膜片式压电微泵驱动的谐振频率约为70 kHz, 能驱动微米量级的液体位移或运动。当微泵驱动电压为30 Vp-p、频率为600 Hz时, 液体的驱动流速约为65 μL/min。该微泵具有体积小, 线性度好等特点。
微流控分析系统 膜片式压电微泵 锆钛酸铅(PZT) 单向微阀 逆压电效应 驱动仿真 微加工工艺 microfluidic analysis system diaphragm piezoelectric micro pump Pb based Lanthanum doped Zirconate Titanate(PZT) micro check valve inverse piezoelectric effect driving simulation micro fabrication
1 上海应用技术学院 理学院, 上海 201418
2 日本立命馆大学 微系统系, 日本 京都 525-8577
采用微硅-锆钛酸铅（Si-PZT）悬臂梁结构并在悬臂梁末端附加镍质量块, 构成可以工作于低频环境（小于1 000 Hz）的微压电能量采集器, 一种利用压电效应将环境振动能转换为电能的器件。利用金薄膜作为中间层的共晶键合技术和PZT研磨减薄技术制备了微压电悬臂梁结构, PZT减薄实验最好结果为减薄至8 μm。镍质量块（2 mm×2 mm×0.6 mm）采用微电铸工艺制备。通过对硅片与块材PZT的共晶键合工艺与PZT减薄技术的研究, 制备出总厚度约为71 μm的Si-PZT悬臂梁结构, 其中硅梁厚约为47 μm, PZT梁厚约为24 μm。制备的微压电振动能量采集器样品的测试结果表明: 在谐振频率为950 Hz, 1.0g加速度激励条件下, 其交流输出峰值电压可达958 mV。
微制造 能量采集器 减薄技术 共晶键合 锆钛酸铅 micro-fabrication energy harvester polishing technology eutectic bonding technology PZT 强激光与粒子束
2016, 28(6): 064112
1 宁波大学信息科学与工程学院, 浙江宁波 315211
2 宁波大学理学院, 浙江 宁波 315211
通过将罗丹明6G 掺入用光引发剂2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮和季戊四醇三丙烯酸酯混合而成的光刻胶中，基于飞秒激光双光子微加工技术制备出高为39 μm，底面边长为20 μm，周期为60 μm的3×3正六棱锥微阵列。用波长为532 nm 的半导体抽运激光照射样品，发现掺有罗丹明6G 的微阵列样品与纯光刻胶制备的微阵列样品相比，在550 nm波长处多出一个明显的发射峰。与罗丹明6G的吸收光谱相比，可知该发射峰为微结构中掺入罗丹明6G 而产生的发射峰。测试了该样品的衍射图案，由衍射光斑间距推算出来的周期与实际值相差2.3%。
衍射 发射峰 飞秒激光双光子微加工 微三维阵列
