通过导模法(EFG)成功生长了蓝宝石单晶光纤(直径400~1000 μm, 长度500 mm)。光纤的横截面大致为圆形, 侧面无明显的小面, 直径变化小于40 μm。本研究对晶体缺陷, 例如微气泡, 包裹物和生长条纹等进行观察与分析, 得出: 大多数微气泡是球状的, 且存在于光纤的外侧缘; 在蓝宝石光纤外侧面也观察到少量的钼包裹物元素; 新模具在前几次使用中往往会产生更多的钼夹杂物, 在多次使用后降低。通过对熔体膜流体流动的实验和数值模拟, 研究蓝宝石光纤中微气泡尺寸和分布, 实验和数值模拟的结果显示出良好的一致性。微气泡的分布取决于熔体膜处的流体流动模式, 流体流动的涡流使微气泡在热毛细对流作用下移动到蓝宝石光纤外侧缘。633 nm处的吸收损耗为9 dB/m, 包裹物和表面不规则性会增加散射损耗。

研究了气液固三相旋流流场抛光机理和规律。设计了三入口的抛光加工流道, 对气液固三相旋流抛光流场进行了数值模拟。基于模拟结果设计了气液固三相磨粒流旋流流场测量平台, 并通过粒子图像测速法(PIV)测量了微气泡补偿条件下气液固三相旋流抛光的流场参数, 获得了微气泡补偿区域流场的运动图像、速度矢量图和涡量图。PIV测量试验数据显示: 在微气泡补偿区域, 磨粒速度主要集中在30 m/s到80 m/s, 同一测量点高速磨粒出现频率明显增加, 少数磨粒速度达到100 m/s以上; 磨粒平均速度从33.8 m/s增大到44.2 m/s, 经4 h抛光后硅片表面最大粗糙度从10.4 μm下降到1.3 μm。理论和试验研究表明, 气液固三相旋流抛光流场中微气泡溃灭引发的空化冲击效应可增大磨粒动能, 提高抛光效率, 实现B区域的均匀化抛光。

利用有限元数值分析方法研究了椭球状石英毛细管微气泡回音壁模式特性及其折射率传感性能.计算分析了不同半径与内壁厚度情况下空芯和液芯椭球形微气泡模式特征, 包括品质因数、有效折射率和能量比等, 并探讨了微气泡在高灵敏度和高分辨率折射率传感方面的应用潜能.研究结果表明微气泡膨胀至350 μm, 且内壁厚度为1 μm 时分辨率和灵敏度最佳; 在该厚度范围附近, 微气泡分辨率不会因为半径尺寸的改变而发生太大变化; 二阶径向模具有较高品质因数, 其灵敏度略高于一阶基模, 且使用二阶径向模可降低在制造时对结构壁厚控制精度的要求, 可用于实际传感应用中.研究结果对微气泡的进一步实验研制具有理论参考价值.

提出了一种电解水式驻留微气泡减阻的柔性微机电系统(MEMS)蒙皮技术, 研究了蒙皮结构设计以及加工工艺。设计了一种包含柔性基底层、金属电极图案层和微凹坑阵列层的三层式蒙皮结构, 提出了两种基于MEMS工艺的制作方法。分别采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和SU-8胶材料制作了微凹坑阵列层, 并对其关键工序进行了实验研究。以SU-8胶为微凹坑阵列材料制作了柔性MEMS蒙皮样件。所制样件中, 圆柱形驻气凹坑的直径为40 μm、深度为50 μm、密度为6.25×104/cm2、样件总厚度为90 μm, 可弯曲并贴附于截面直径为28 mm的圆柱体表面而不损坏。结果显示了MEMS减阻蒙皮工艺的可行性, 证明将电解水式驻留微气泡的柔性减阻蒙皮设计与MEMS工艺有机结合, 是一种航行体表面减阻的有效技术途径。

针对水中微气泡尺度分布参数在线测量的需求，提出了一种测量水中微气泡尺度分布的图像处理与分析方法。以在实验室显微照相拍摄的水中微气泡图像为研究对象，阐述了该方法所采用的图像增强、图像分割、图像形态学处理和图像颗粒测量的具体手段，给出了其中单幅微气泡图像的尺度分布测量结果。实验与分析结果表明，该方法能有效地获取水中微气泡的尺度分布，并能分离粘连气泡，可应用于水中气泡群参数的在线检测。

利用较高能量的X射线对聚苯乙烯（PS）微球进行离焦相衬成像，球壁内密度变化较大的微小气泡的边缘衬度得到有效增强，从而在灰度变化较平滑的微球整体图像中凸显出来，分析了衬度来源及相关因素。实验采用微焦斑的X射线管及CCD作为光源及探测器，图像分辨力约为2 μm，在能量为20～30 keV时，实现了PS微球缺陷快速检测，为微球制备工艺的改善和提高提供了快速有效的监测手段。