长时程细胞成像及分析在生物医学研究中具有重要意义。然而，由于荧光显微镜存在光漂白和光毒性等问题，其应用受到一定限制。非标记成像技术为克服这些限制提供了可行的解决方案。研究了干涉光谱分析技术作为解决非标记长时程活细胞监测问题的潜在方法，并提出了一种基于高光谱干涉重构的非标记定量显微成像技术。通过建立描述干涉信号的数学模型，设计样本定量重构算法，从而获取活细胞纳米结构和干质量分布的定量信息。系统采用自反射式干涉结构，不依赖复杂的光学调制元件，结构简单、操作便捷。此外，本文还在光学显微成像的基础上集成了具有细胞培养能力的微型细胞培养箱，实现了原位长时程成像。利用该系统，研究了不同细胞全细胞周期内的纳米结构定量和干质量变化，展示了本工作在生物医学领域的应用潜力。

AlGaN基材料作为带隙可调的直接带隙宽禁带半导体材料，是制备紫外光电子器件的理想材料。在无法获得大尺寸、低成本的同质衬底的情况下，高质量AlN薄膜的异质外延是促进紫外光电子器件发展的关键。本文中，通过调节蓝宝石衬底上AlN的金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长模式产生高密度纳米级孔洞，利用纳米级孔洞降低AlN的位错，并在此基础上外延了AlGaN量子阱结构，得到了275 nm波段的深紫外LED薄膜，并制备了开启电压约为4.8 V，反向漏电电流仅为2.23 μA(-3.0 V电压时)的深紫外LED器件。

通过XRD分析和热膨胀率实验, 从析晶角度探讨了添加纳米级SnO2或Yb2O3对熔融石英陶瓷析晶性能的影响。结果表明: 熔融石英陶瓷高温析晶的主要晶化产物为方石英, 方石英析出量随烧结温度的提高而逐渐增多; 纳米级SnO2或Yb2O3的引入可通过抑制熔融石英中方石英的析出, 有效地降低熔融石英材料在升温过程中的热膨胀率, 并且随着烧结温度升高需要不断调整添加剂用量, 纳米级SnO2和Yb2O3的最佳用量(质量分数)分别为1%和2%。

细胞对机械刺激作出反应的机制对于细胞功能研究至关重要,但尚未得到很好的理解。许多已经开发的流变学工具可以表征细胞粘度和弹性特性,但是这些工具通常需要直接的机械接触,限制了它们的通量。我们已经开发了一种新的无标记、非接触、单次成像方法,通过测量细胞的机械刚度来表征亚细胞结构的组织特征。新的分析方法可测量折射率的变化,并将其与无序强度相关联。这些测量结果与细胞刚度进行比较,使用相同的成像工具测量,以显示流动剪切刺激的纳米级响应。通过比较具有不同力学性质的五个细胞群的剪切刚度和相位无序强度来显示该技术的效用。无序强度和剪切刚度之间的相反关系,表明可以使用这种新颖的非接触技术,以适合于高通量研究的形式评估细胞机械性质。我们将进行更多的研究,其中包括检查早期致癌事件中的机械刚度和研究特定细胞结构蛋白在机械转导中的作用。

石墨微结构的表面一般为原子级光滑或纳米级光滑,是研究表面、界面物理性质的重要基础,对结构超润滑、微机电器件的研究和应用非常重要。为了解石墨微结构表面的状态和性质,其无损表征具有重要意义。通过微加工方法制备出石墨微结构,使用微纳机械手上的针尖推动石墨微结构上部可以得到原子级光滑或纳米级光滑的石墨表面。使用拉曼光谱对获得的石墨表面进行表征。通过与原子力显微镜和电子显微镜的表征结果进行对比发现,拉曼光谱能够准确反映石墨表面的缺陷程度,同时具有非接触、无损和快速的优点。这表明拉曼光谱在纳米级光滑石墨表面的表征中能够提供可靠表征信息,并且检测快速、不破坏样品,为石墨结构超润滑和MEMS器件的后续研究和应用奠定了基础。

介绍互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路的发展历程及纳米级 CMOS集成电路的关键技术, 在此基础上研究了纳米级 CMOS集成电路的辐射效应及辐射加固现状。研究结果表明, 纳米级 FDSOICMOS集成电路无需特殊的加固措施, 却比相同技术代的体硅 CMOS集成电路有好得多的辐射加固能力, 特别适用于空间应用环境。

具有原子级光滑平面的石墨平台微结构是实现特殊功能微机电器件、微系统的重要基础。石墨微结构的化学信息表征对微机电器件、微系统的制备及性能有着重要的意义。先使用原子力显微镜获得形貌信息，再使用纳米级红外光谱对微结构的不同区域进行表征，获得了多个特征位置的红外光谱。通过对红外光谱的分析发现相对于其他位置，石墨平台表面具有非常有序的碳六元环结构，并且吸附的水分子最少。而石墨平台微结构的边缘由于悬键及微加工等原因是吸附水分子最多的位置，石墨基底由于微加工的破坏已经不具有碳六元环结构。这些信息为了解微结构的化学状态提供了帮助，明确所处环境对石墨平台微结构不同位置的影响，能够指导微机电器件的制备与应用。

考虑采用静态三步拼接曝光法的扫描干涉场曝光系统的性能与工作台的定位精度及稳定性相关, 设计了一种大行程、高精度二维工作台以提高其定位精度。采用摩擦驱动和压电陶瓷微位移机构组合的方式构成宏、微进给机构, 由闭式气体静压导轨带动工作台实现沿X、Y两个方向的光栅分度与扫描运动。优化设计了摩擦驱动机构和气体静压导轨结构, 并对工作台整体结构固有频率进行了有限元分析。使用自准直仪检测了导轨在X、Y方向的直线性, 结果显示其两方向偏航和俯仰精度均在±0.04 μm以内。使用激光干涉仪检测了导轨在X方向的定位精度和定位噪声, 结果表明, 对X向行程为220 mm、Y向行程为300 mm的工作台, 其X方向的定位精度优于±5 nm, 定位稳定性可达±25 nm。得到的结果满足扫描干涉场曝光系统工作台纳米级定位精度的要求。

基于扫描探针显微镜的近场超空间分辨指纹光谱技术在分子识别及组分鉴别方面具有极大的应用前景.扫描探针显微技术与不同的光谱联合使用,发展出了不同的具有纳米级分辨的指纹光谱技术,其中包括针尖增强拉曼散射光谱技术、纳米级分辨率的傅里叶变换红外光谱技术及散射式的扫描近场太赫兹光谱技术.这三种散射式的扫描近场光学显微技术在实现方式上有所不同,在近场指纹识别方面可以相互补充.该综述主要对三种近场超空间分辨指纹光谱技术的特点进行了深入地分析和比较,并且对这三种技术的研究现状及应用进行了总结.