光纤拉锥是光纤器件制作中的一项重要技术，为了研究快速往复移动温区熔融拉锥系统中锥区形貌与各拉锥参数的关系，基于体积不变原理，建立了往复运动温区熔融拉锥系统在满足温区运动速度大于光纤拉伸速度条件下的理论模型，详细描绘锥区形貌形成过程，推导出锥区直径、锥区平坦区长度与温区运动次数、温区运动速度、光纤拉伸速度、温区往复运动距离以及温区宽度与光纤初始直径之间的定量关系，并进行验证，实验结果与理论分析一致。

锗酸铜因具有自旋佩尔斯效应以及优异的储锂性能而受到广泛关注, 普遍采用水热法制备锗酸铜。在制备过程中, 利用Cu(CH₃COO)₂等弱酸盐促进水的电离来获取CuGeO₃生长所需的OH ^-, 这种操作方法虽然简单, 但制备时间长、效率低。本研究采用强酸盐CuCl₂取代弱酸盐Cu(CH₃COO)₂为铜源, 调节前驱体溶液的pH, 控制各晶面吸附能力及溶液过饱和度, 实现高效制备CuGeO₃纳米棒和CuGeO₃六边形纳米片, 将制备时间缩短至8 h。并在此基础上, 添加一维结构导向剂乙二胺, 在加速反应过程的同时限制CuGeO₃的二维平面生长, 高效制备了100 nm、200~300 nm、350~500 nm、400~700 nm、1~2 μm和 1~3 μm六种不同尺寸、形貌均一的CuGeO₃纳米线。

为了提升量子点光学器件使用性能, 本文提出采用点胶法制备量子点阵列并通过选择组分配比控制量子点胶点形貌。实验使用甲苯和 UV胶混合制成量子点胶水溶液, 研究了甲苯和 UV胶在不同配比下制作的量子点胶点的形貌特征, 实验证明当甲苯与 UV胶配比合适时, 点胶机打印阵列具有形貌良好、发光均匀、无咖啡环效应、打印精度高、阵列整齐等优点, 随着组分配比中甲苯含量的增加, 量子点胶点圆度、发光均匀性、一致性及排列整齐度均降低。因此通过改变组分配比, 可有效控制及优化胶点形貌, 提高量子点阵列的一致性与发光均匀性, 对提高量子点器件的灵敏度及分辨率等具有重要意义。

采用一步法制作了基于 n-i-p结构的钙钛矿太阳电池。为了提高钙钛矿活性层以及TiO2与钙钛矿活性层接触面的质量, 用 MAI、MABr和PbI2溶液对TiO2层进行预处理, 研究了预处理对电池性能的影响。结果显示对TiO2进行预处理能够改善钙钛矿活性层薄膜的质量并提升钙钛矿太阳电池的性能。通过溶液预处理, 太阳电池的能量转换效率和器件稳定性有显著提高, 同时滞后效应明显减弱。

比较了喷墨印刷和旋涂PEDOT∶PSS薄膜的表面性能, 发现喷涂PEDOT∶PSS薄膜上印有发射层油墨后, 其表面性能有很大差异。在喷墨打印PEDOT∶PSS膜的表面上只发现了大量的和类山状的聚合物颗粒。 进一步的研究表明, 形态的差异源于润湿性的不同。揭示了喷墨打印和旋涂对膜性能的不同影响, 从而在喷墨打印PEDOT∶PSS膜上构建了更精细的结构。

利用光纤激光器在超硬刀具表面开展了微沟槽加工试验, 研究了激光工艺参数对微沟槽表面形貌的影响。研究结果表明, 通过激光工艺参数的优化, 能够获得尺寸均匀、形貌良好的微沟槽阵列, 实现了对超硬刀具表面微沟槽形貌的有效控制。

采用可调节延迟、共线的双束飞秒激光脉冲列烧蚀ZnO表面,验证随着延迟时间的变化,其表面周期波纹结构的转变及结构转变的机理。在ZnO表面上可以分别观察到低空间频率的周期波纹结构(LSFL)和高空间频率的周期波纹结构(HSFL)。随着延迟时间的增加,发现低空间频率的周期波纹结构开始向高空间频率的周期波纹结构转变的现象。利用电子产生的速率方程分别去计算由800 nm激光和400 nm激光辐照所激发的电子密度。最终的计算结果结合Sipe理论可以对该现象的发生进行解释。该研究表明,可以通过可调节延时的双束激光脉冲列来控制激发的电子水平从而改变飞秒激光辐照在材料表面诱导的周期波纹结构。

针对摆式微加速度计的制作, 对利用两种添加剂共同修饰的TMAH刻蚀液的单晶硅湿法刻蚀技术及其相关刻蚀特性进行了研究。分析了两种添加剂之间的作用机理及对单晶硅湿法刻蚀的影响, 选择合适的添加剂刻蚀液配比, 实现了稳定的刻蚀形貌控制。通过两种添加剂的共同作用, 获得了具有光滑刻蚀表面(粗糙度约为1 nm)和良好凸角保护(凸角侧蚀比率小于0.8)的刻蚀形貌。实验结果表明, 在三重溶液(TMAH+Triton-X-100+IPA)下的刻蚀形貌具有明显优势。最后, 基于添加剂对疏水性单晶硅材料的作用机理及表面张力调节, 表面活性剂和酒精类添加剂之间的相互作用分析了刻蚀形貌发生变化的原因。以典型悬臂梁-质量块的制作为例, 验证了采用该单晶硅刻蚀形貌控制方法可以获得微加速度计光滑的悬臂梁表面和无需凸角补偿的完整质量块。 相比于其它制作工艺, 该方法简单、易操作, 有利于提高微机电器件的性能。

为了探索结构陶瓷材料在摩擦过程中表面形貌的变化规律及其对摩擦特性影响, 分析了摩擦过程中材料的接触过程及力学关系, 并对旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样开展了摩擦表面形貌、摩擦因数等特性的试验研究。首先根据接触特点和材料特性, 基于分形理论推导出接触面总载荷计算公式, 基于该公式建立了结构陶瓷摩擦因数分形模型。分析结果表明: 当初始表面轮廓分形维数分别为1.4, 1.45, 1.5和1.55时, 摩擦因数与摩擦后表面轮廓分形维数呈类似正态分布曲线。然后通过旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样面面接触摩擦试验, 研究了摩擦后陶瓷材料表面微观形貌和摩擦因数变化规律, 分析了各因素对摩擦因数的影响。试验结果表明: 产生微观裂纹是Si3N4陶瓷摩擦后表面微观形貌的显著特点; 温度值等于160℃是Si3N4陶瓷摩擦因数由下降转为上升的拐点; 当施加载荷为360 N和往复频率为80 Hz时, 摩擦因数最大。得到的结果为通过表面形貌控制提高结构陶瓷耐磨性能提供了技术支撑。