表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比, 进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型, 研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明, 加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明, 随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s, 扫描线间距从20 μm增加到150 μm, 加工区域的去除面积占比减小, 接触角从5°以下逐步增大到127°; 随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm, 加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验, 结果表明, 利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。

不可再生资源的损耗和环境问题的日益严峻引起了人们的广泛关注，针对这些问题，生物质能和太阳能等可再生资源的开发利用尤为重要。光催化技术在生物质的应用方面符合社会可持续发展的要求，本文综述了生物质改性光催化剂和生物质参与光催化重整反应的研究进展。重点介绍了生物质改性光催化材料参与光催化反应的作用机制，分析了生物质和生物质衍生基质在光催化重整反应体系中的效用，阐述了采取的制备方法、表征手段以及生物质与光催化反应体系的构效关系，并提出了目前生物质在光催化体系中的应用存在的一些问题及未来的发展方向。

极紫外、X射线为微观物质认识、宏观空间探测提供了高精度的观测手段，但这类观测的实现需要大量高精度光学反射元件的支撑。由于极紫外、X射线在光学表面更易发生散射，其光学反射镜基底的精度需求和制作技术也明显区别于长波元件。近年来，同济大学精密光学工程技术研究所建立了极紫外、X射线反射元件基底的超精密加工与检测平台，研发了超光滑非球面的离子束修形技术，提出了基于泽尼克多项式的随机离轴旋转绝对检测方法，形成了极紫外、X射线光学用反射镜基底的高精度全流程研制技术，并将该技术成功地应用于国内和国际短波光学大科学装置中。本文综述了本课题组在极紫外、X射线用反射镜制作领域中的研究进展。

分子束外延碲镉汞技术是制备第三代红外焦平面探测器的重要手段，基于异质衬底的碲镉汞材料具有尺寸大、成本低、与常规半导体设备兼容等优点，是目前低成本高性能红外探测器发展中的研究重点。对异质衬底上碲镉汞薄膜位错密度随厚度的变化规律进行了建模计算，结果显示 .～1/h模型与实验结果吻合度好，异质衬底上原生碲镉汞薄膜受位错反应半径制约，其位错密度无法降低至 5×10 6 cm -2以下，难以满足长波、甚长波器件的应用需求。为了有效降低异质外延的碲镉汞材料位错密度，近年来出现了循环退火、位错阻挡和台面位错吸除等位错抑制技术，本文介绍了各技术的原理及进展，分析了后续发展趋势及重点。循环退火和位错阻挡技术突破难度大，发展潜力小，难以将碲镉汞位错密度控制在 5×105 cm -2以内。台面位错吸除技术目前已经显示出了巨大的发展潜力和价值，后续与芯片工艺融合后，有望大幅促进低成本长波、中长波、甚长波器件的发展。

为了能够得到高质量的薄膜，降低实验成本，通过化学气相沉积（CVD）方法以GaTe粉作为Ga源在云母衬底上合成了β-Ga₂O₃薄膜。通过改变生长温度、载气和生长时间得到高结晶质量的β-Ga₂O₃薄膜，并通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱进行证实。XRD结果显示，薄膜的最佳生长温度为750 ℃。对比不同载气下合成的β-Ga₂O₃薄膜可知，Ar气是生长薄膜材料的最佳环境。为了实现高结晶质量的β-Ga₂O₃薄膜，在Ar气环境下改变薄膜的生长时间，XRD结果发现，生长时间20 min的薄膜具有高结晶质量。最后，将其转移到300 nm厚氧化层的Si/SiO₂衬底上，并通过原子力显微镜测试，证实了16 nm厚的二维Ga₂O₃薄膜。

利用高质量自支撑GaN衬底,通过外延方法制备了垂直结构的GaN基p-i-n型二极管结构。通过对材料结构、杂质浓度分布以及对器件整流特性的研究,探究了影响垂直结构器件特性的关键因素。结果表明,在同质外延的制备过程中,衬底表面的粗糙程度将使制备的环形结构具有不规则形状,这种不规则电极对垂直结构器件的性能将产生不利影响; 此外,多种杂质在界面处聚集,进而形成平面漏电通道,是降低器件耐压值的主要因素。

数据中心光互连正朝着高速方向发展。针对数据中心光互连过程,采用折射率差为1.5%的石英基二氧化硅光波导,设计并制备了光电集成的小型化、低损耗、小输出模场的四通道粗波分解复用芯片,该芯片满足高速数据中心200 Gbit·s ^-1/400 Gbit·s ^-1的传输速率要求,最小插入损耗小于1.07 dB,1 dB带宽大于13.7 nm,3 dB带宽大于16.1 nm,偏振相关损耗小于0.08 dB,相邻串扰大于24 dB,非相邻串扰大于30 dB。所设计的芯片完全满足高速数据中心光互连的波分复用芯片商用要求。

近年来, 农产品安全领域中的药物残留问题引起了人们的广泛关注, 为了保障国家食品安全和国民健康、 促进经济贸易发展, 对农产品中的农药、 抗生素等有害残留物进行检测是非常必要的。 表面增强拉曼散射技术(SERS)作为一种新兴的检测手段, 具有操作简单、 耗时短、 灵敏度高等优点。 对SERS技术概况、 增强理论和增强基底进行了简要介绍, 以药物残留检测领域常用的金属溶胶类基底、 固体活性基底和柔性活性基底为切入点, 重点介绍了表面增强拉曼光谱技术在农产品(肉类、 水产品、 果蔬和其他部分农产品等)药物残留检测领域中的研究现状。 传统溶胶基底具有成本低、 易合成和SERS性能优异等特点, 为了提高增强效果, 众多研究者从尺寸和形态入手进行基底优化, 开发出花状纳米结构、 星状纳米结构、 棒状纳米结构和链状纳米结构等形态的溶胶颗粒; 基于复合材料互补协同效应发展了一系列的核壳纳米结构, 有助于提升胶体基底的拉曼性能和稳定性。 固体基底结构稳定, 具有较好的一致性、 重复性。 柔性基底主要有基于柔性器件的、 柔性聚合物的、 以及柔性碳材料的三类SERS基底, 其具有机械性能优良、 不易损坏、 成本低等优点, 有利于实现微创或无损检测。 通过对比分析, 发现基底类型、 待检农产品的基质、 农药类型、 检测环境均会对检测结果产生影响, 当前研究的灵敏度较高, 表明了SERS技术结合纳米基底在检测复杂基质中农药残留的应用潜力。 同时指出应用SERS技术进行农产品药物残留检测的挑战: (1)农产品体内的药物残留量低、 分布不均匀, 导致拉曼信号相对较弱且易受荧光干扰和背景噪声干扰; (2)农产品基质复杂, 对SERS光谱数据的影响不容小觑; (3)当前SERS检测方法尚未标准化, 不同检测方案的结果差异较大。 随着表面增强拉曼散射的支撑理论和检测技术的不断进步, SERS将在食品安全领域具有更广阔的应用前景。

表面增强拉曼散射(SERS)增强基底的制备是实现SERS技术高灵敏度探测的关键因素, 利用光操控技术制备金属纳米粒子聚集体是近来SERS领域研究的热点。 利用飞秒激光湿法刻蚀技术, 在硅片表面5 mm×5 mm范围内刻蚀横截面积(宽度×深度)为10 μm×7 μm, 30 μm×12 μm, 60 μm×15 μm, 70 μm×19 μm和90 μm×21 μm的狭槽线阵, 制备截面积不同的微纳硅基衬底(SiMS)。 应用光操控技术结合SERS方法, 在金纳米溶胶中加入硅基衬底。 并将激光对焦在衬底狭槽内, 在光辐射压力的作用下, 金纳米粒子沿光束的传播方向运动, 聚集于微纳结构表面的狭槽内, 形成金纳米粒子聚集体, 促进“热点”效应, 提高SERS探测的灵敏度, 实现了在硅基微纳结构衬底上探测物的SERS增强。 实验表明, 利用光辐射压力和光梯度力的合力, 金属纳米粒子能有效聚集在硅基微纳结构衬底表面的狭槽中, 形成更多的“热点”, 从而可大幅提高SERS增强效果。 以芘为探针分子, 随着狭槽截面积的增加, SERS信号逐渐增强, 狭槽截面积为70 μm×19 μm时达到最强, 超过该截面积后, 拉曼信号强度开始降低, SERS强度最高增强了约两个数量级, 最低检测浓度为5.0×10-9 mol·L-1, 在低浓度范围内(5.0×10-9～1.0×10-7 mol·L-1), 芘位于588和1 234 cm-1处特征峰强与浓度的关系曲线呈现较好的线性相关性, 其拟合方程及线性相关系数分别为0.992和0.971。 以截面积为70 μm×19 μm的微纳衬底进行了重复性实验, 每完成一次实验, 关掉激光器, 待激光的作用消失, 狭槽内聚集的金纳米粒子重新分散在溶液中, 进行下一次实验。 选取微纳衬底8个不同位置, 每个位置重复三次实验, 衬底不同位置芘的588和1 234 cm-1两个特征峰峰强的相对标准偏差(RSD)分别为9.9%和2.0%, 具有较好的重复性。 与仅使用金纳米颗粒相比, 该方法保留了金纳米颗粒重复性好的优势, 同时具有更高的增强效应和衬底清洗后可重复使用的优点。 研究表明, 基于硅基微纳结构衬底的光操控-SERS方法, 可极大地提高金纳米颗粒的SERS效应, 在化学和生物学等领域的物质检测分析方面具有广阔的应用前景。