主要从碲锌镉表面处理工艺及表面位错缺陷揭示两个方面对碲锌镉衬底的表面处理研究进行了详细介绍。从表面处理机理和工艺参数对衬底表面的影响两个方面介绍了机械研磨、机械抛光、化学机械抛光以及化学抛光 4种表面处理工艺。同时, 介绍了能揭示碲锌镉不同晶向表面的位错缺陷的 Everson、Nakagawa及 EAg三种化学腐蚀液。

微夹持器是微操作系统的重要组成部分。作为微操作系统末端执行器，微夹持器钳口端面在工作过程中容易出现磨损、吸附杂质、结冰或结霜等问题，而且目前微夹持器大多是一体化加工而成，整体更换将造成资源浪费。本文设计了一种可拆卸式微夹持器，利用中心波长为1064 nm的纳秒激光器，在执行操作的钳口端面上加工出粗糙的微纳结构，使用无毒害的硬脂酸溶液浸泡改性，获得仿生超疏水表面。通过电化学实验，测试了仿生超疏水表面在酸、盐和碱环境中的耐腐蚀性能，通过自清洁、抗结冰和抗菌实验测试了该表面的防污、防冻和防菌性能。实验结果表明：仿生超疏水表面能够有效抵抗酸、盐和碱环境中的腐蚀，具有良好的防腐性能；有效防止灰尘、水滴和细菌等杂质粘附于钳口端面，保证钳口端面的清洁与卫生；在低温环境中，有效防止端面结霜或结冰，使微夹持器能够在恶劣环境中正常工作。

采用飞秒激光对AlN陶瓷进行表面加工实验,分析了激光能量密度和扫描速度对加工表面形貌和尺寸的影响,优选出兼顾加工质量与效率的工艺参数区间,即能量密度10~14J/cm2,扫描速度20~30mm/s。基于此,以螺旋扫描轨迹于AlN陶瓷上进行制孔应用,成功实现了无崩边及微裂纹等缺陷的圆孔、方孔及跑道孔加工。该研究验证了飞秒激光加工高质量多孔型的可行性,推动了硬脆材料激光制孔技术在半导体功率器件领域的应用。

压电陶瓷驱动的快刀伺服技术是加工光学自由曲面等复杂曲面的有效方法。为了突破压电陶瓷驱动快刀伺服机构的行程局限, 本文采用二级杠杆放大机构, 设计了一种压电陶瓷驱动的长行程快刀伺服机构, 实现了快刀伺服机构的长行程输出性能并消除了机构的寄生位移。基于伪刚体模型和拉格朗日原理对机构进行了动力学建模, 综合行程和固有频率性能优化了机构参数并进行了有限元仿真和实验验证。机构等效刚度和固有频率的理论模型和有限元仿真结果误差分别为6.4%和1.6%, 验证了理论模型的有效性。实验结果进一步表明, 所设计的快刀伺服机构可实现100 μm的输出行程同时具有730 Hz的固有频率, 验证了所设计机构用于快刀伺服加工的有效性。系统的闭环跟踪实验也验证了系统良好的跟踪性能。

为了解决铝材表面激光处理无法形成高色差、高对比度的黑色图形问题,以阳极氧化5052铝合金为研究对象,选用脉冲宽度为4 ns的光纤激光器,设定扫描速度为130 mm/s,频率为300 kHz,扫描间距为0.005 mm,设定功率为27%P₀~33%P₀(P₀为激光器的额定功率),以得到高色差、高对比度的黑色图形,研究激光功率对图形对比度及微观形貌的影响,分析阳极氧化铝表面激光处理形成图形的机理。结果表明:当激光功率超过1.64 W时,激光能量达到铝材熔化阈值,材料表面开始形成图形,随着功率的增大,对比度逐渐上升;当激光功率增大到2.13~2.76 W时,铝材表面熔化与蒸发形成细裂纹的微观形貌,宏观显示为黑色,对比度达到最大;激光功率增大至3.32 W后,铝材表面完全熔化,细裂纹形貌消失,宏观显示为灰白色,对比度下降。该技术有助于激光与铝材作用机理的进一步研究,对推动物联网技术的发展具有重要意义。

为了高质量地将目标图像标刻在任意曲面上, 需要将计算机中排版的2维数据转换为3维数据从而形成具体振镜加工轨迹数据。在大量激光标刻实验测量与计算的基础上, 采用一种对任意自由曲面进行最小化失真展开的区域重点最小二乘共形展开(FPLSCM)算法, 完成了实用的3维振镜激光加工系统软件设计, 并进行了理论分析和实验验证, 取得了大量标刻测量数据。结果表明, 在z轴上下300mm范围内, 本算法能有效将由于高度与待加工表面形状差异带来的标刻畸变控制在1%左右, 并且在各类3维曲面上都得到了很好的加工效果。此研究成功实现了在自由3维曲面上利用动态聚焦技术完成各种表面加工的工作, 并通过优化算法有效减少了畸变。

通过沉积SiNx薄膜和H2退火表面处理工艺对低成本多晶硅太阳电池进行了处理, 对表面处理前后的电池效率进行了对比测试, 详细地研究了这两种表面处理工艺对电池的短路电流、开路电压、填充因子和转换效率的影响。实验发现, 沉积了SiNx薄膜的低成本多晶硅太阳电池的效率在原有基础上提高了1.8%左右; 而经过H2退火后的电池效率则出现了效率衰减。与此同时, 对成本相对高的太阳能级多晶硅电池也进行了H2退火, 与低成本多晶硅电池相比, 其效率增加明显, 与低成本太阳电池呈现了相反的现象。最后分析了两种表面处理工艺对电池性能造成影响的原因。

采用自行研制的μs级重复频率高压单极性脉冲电源，应用于聚四氟乙烯(PTFE)膜表面改性，研究脉冲放电等离子体对PTFE薄膜表面改性的作用规律。测量处理前后PTFE薄膜表面的水接触角，结果显示，在特定的脉冲参数及更严格的对比条件下其平均水接触角从112°下降到85°，PTFE薄膜表面亲水性改善效果非常显著。脉冲电源采用脉宽调制控制方式，通过逆变升压及波形整形，得到脉冲电压幅值0~20 kV、重复频率0~20 kHz、脉宽5~15 μs、上升沿500 ns~2 μs、下降沿大于20 μs的单极性脉冲。