中物院超精密加工技术重点实验室2014年开放基金课题指南

中国工程物理研究院

超精密加工技术重点实验室

2014年开放基金课题指南

超精密加工技术重点实验室管理办公室编制

二〇一四年一月

目录

一、2014年度开放基金重点课题指南 (2)

指南名称：微板式空腔结构低温加工应力形成机理及其工艺研究 (2)

指南名称：KDP磁流变抛光过程微观行为的数值模拟与实验研究 (4)

指南名称：超精密运动部件动态特性对加工质量的影响规律研究 (7)

二、2014年度开放基金面上课题指南 (11)

指南名称：复杂微小光学结构的质量评定方法研究 (11)

指南名称：薄膜型金属微梁低应力控制技术 (13)

指南名称：高柔性、自支撑微型薄膜电化学电容器纳米结构电极制备技术研究 (15)

指南名称：熔石英光学元件动态刻蚀复合工艺基础研究 (18)

指南名称：弱微结构件精密装夹与定位技术研究 (20)

三、其它资助项目 (21)

四、开放基金指南申请与评审 (21)

（一）开放基金课题申请人条件 (21)

（二）开放基金课题申请程序 (22)

（三）开放基金课题评审程序 (22)

五、实验室管理办公室联系方式 (23)

中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室

2014年开放基金课题指南

中国工程物理研究院超精密加工技术重点实验室（以下简称“实验室”）隶属中国工程物理研究院（以下简称“中物院”）,是中物院超精密加工科技方向基础性、创新性研究的责任主体。实验室成员单位为电子工程研究所、机械制造工艺研究所、激光聚变研究中心，挂靠单位为机械制造工艺研究所，主要从事超精密加工的机理、工艺、检测与装备等超精密加工科技方向基础性研究工作。

为进一步推动开放、合作与交流，实验室面向全国超精密加工技术领域的研究与工程技术人员设立开放基金，支持国内优势单位与院内单位共同组建联合研究团队开展相关领域的基础、前沿性研究工作。创立本基金的目的在于，引导和调动全国高等院校、科研机构的科技人员积极参与超精密加工技术领域的基础性研究，发现新现象、新规律，拓展新方向，建立高水平学术交流与合作渠道，培养超精密加工领域科技人才。

开放基金课题分为开放基金重点课题及开放基金面上课题两类。

一、2014年度开放基金重点课题指南

课题1：微板式空腔结构低温加工应力形成机理及其工艺研究

指南编号：2014KZ001

科学意义及需求背景：

微板式空腔结构大量应用于MEMS传感器中，其结构特点是在硅衬底表面和大面积悬空微板之间有一个窄空气间隙。微板式空腔结构执行物理量的传递和检测，如在微热板真空传感器中，执行热学和电学物理量的转换；在薄膜体声波传感器中，执行声学和电学物理量的转换。微板式空腔结构的许多工序过程采用了高于集成电路承受上限的工作温度，如多晶硅的成膜温度为650℃，LPCVD低应力氮化硅的成膜温度为850℃。研究低温工艺制备微板式空腔结构有利于MEMS 传感器和IC电路芯片集成、减少传感器与后端处理电路芯片之间的传输损耗和提高传感器的灵敏度，对促进MEMS传感器的广泛应用具有重要意义。

拟解决的主要问题：

1）牺牲层和结构层的腐蚀选择比问题

微板式空腔结构的制备采用了牺牲层技术。释放牺牲层的过程中腐蚀气体/液体在大面积的微板下流动性差，随着腐蚀横向深度的增加，腐蚀剂更新变慢，腐蚀时间增长，因此，需要研究腐蚀气体/液体与牺牲层的作用机理，提高空腔结构的释放效率，解决牺牲层与微板之间的兼容性问题。

2）应力产生机制的模型

应力引起的膜层脱落和开裂是实现微板式空腔结构的主要问题之一。现有的针对薄膜应力产生的模型主要针对金属薄膜的应力而提出，考虑晶粒之间的相互作用和晶粒大小对膜层表面能的改变和应变能的改变，而以绝缘材料为主的微板式空腔结构中，考虑除晶粒的形状、大小以外的诸多因素（如：晶粒边界的间隙、晶界等）的模型建立对完善应力产生的机制及微板式空腔结构实际应用都具有重要意义。

3）微板结构的应力控制问题

低温工艺制备微板式空腔结构，无法采用退火工艺消除薄膜结构材料中的残余应力，而微板式空腔结构要求悬空微板处于低应力状态，因此，课题对微板式空腔结构的材料、成膜工艺选择均提出了严格要求：一方面要满足腐蚀兼容性要求，另一方面要避免微板结构高应力的出现。

主要研究内容：

主要研究微板层结构的应力产生及释放机理，如：低温成膜时晶粒应变能与表面能之间的竞争机理；薄膜晶粒生长过程中的应力驰豫过程对应力的影响；微板式空腔结构牺牲层释放工艺方法及机理。

研究目标和主要技术指标：

1）通过对应力产生的机制建模及设计相关验证性实验，选择适合加工温度小于200℃的微板式空腔结构的材料和工艺，实现功能材料、MEMS工艺与IC的集成、减少传感器与后端处理电路芯片之间的

传输损耗和提高传感器的灵敏度及可靠性；

2）解决 (100) 取向单晶硅晶圆上低应力微板式空腔结构制备的工艺控制问题，要求微板结构层材料电阻率≥109Ω〃m，热导率≥200 W/(m〃k)，厚度1~2 μm；微板结构释放后相对释放前的翘曲度≤25%；解决减小微板结构释放后翘曲度和控制薄膜应力大小相关的机理问题和工艺方法。该指标的实现可体现低的应力、良好的导热性，为诸多器件（包括高可靠、大功率器件）的研究及其与IC的集成提供有力的基础支持。

课题2：KDP磁流变抛光过程微观行为的数值模拟与实验研究

指南编号：2014KZ002

科学意义及需求背景：

磁流变抛光技术是光学制造界的革命性技术，能快速获得数十纳米以下的高精度面形和1纳米以下的表面质量且近无亚表面缺陷，可使光学制造水平与生产效率得到突破性提升。美国率先实现了磁流变抛光机的商品化，但对我国却实行了严格的技术封锁与装备禁运政策。国内相关单位，如中国工程物理研究院和国防科技大学等，突破了工艺原理，研制了专用样机，但与美国相比，在机床、工艺软件及抛光液成套技术的工程化研究方面仍有较大差距，尚处于边研究、边应用、边完善的状态。

中国工程物理研究院经过多年的研究，目前已可在UBK7平面工

件的410×410mm范围内，获得面形精度PV≤0.1λ、面形梯度GRMS ≤0.002λ/cm、粗糙度Rq≤0.85nm的工艺效果。为满足高能激光系统对光学元件的苛刻要求，抛光加工的表面质量仍需进一步提高，例如表面粗糙度、表面微观轨迹、表面疵病、抛光介质残留及微粒嵌入等。上述表面质量指标均与磁流变抛光材料去除微观作用机理直接相关。

目前国内相关文献报道过用流体润滑模型来计算抛光区压力分布，也报道过对磁流变液在均匀磁场中成链及剪切过程的模拟分析。美国Rochester大学的COM中心也曾报道基于微区力传感与测量技术研究了抛光区的压力分布以及抛光时的切向力与正向力，同时采用实验的方法研究了抛光液各组份理化特性，特别是抛光粉质量与光学表面质量之间的相互关系。

但涉及到以下几方面内容时，并未见有关文献报道：对磁流变抛光液中主要组份（非磁性基液、非磁性抛光粉、磁性颗粒）进入抛光区后，在梯度磁场作用下发生流变效应时物质的运动行为及分布状态；流变后的抛光带压入工件后在抛光轮、梯度磁场、工件三者的约束下抛光液各主要成份的运动行为及分布状态；磁流变液在抛光区内机械、化学、溶解耦合作用的微观材料去除机理，研究机械、化学、溶解作用的协同效应和匹配关系等。为进一步提高抛光加工后元件表面质量，有必要对抛光区梯度磁场中抛光液的状态及其与工件的作用机制进行深入研究，为装备性能提升、抛光液的制备及工艺参数优化提供理论指导与基础技术支撑。

拟解决的主要问题：

1）在运动的抛光轮上，磁流变抛光液进入抛光区梯度磁场后的流变行为、各主要组份（非磁性基液、表面活性剂、磁性羰基铁粉、非磁性抛光粉等）分布状态及相互作用行为模型的建立；

2）磁流变抛光液在抛光区内机械、化学、溶解耦合作用的微观材料去除机理与模型；

3）结构与工艺参数对抛光区微观材料去除的影响规律及其实验验证方法。

主要研究内容：

1）抛光液零场行为研究：主要研究油基磁流变抛光液中各主要组份物质（非磁性基液、磁性羰基铁粉、非磁性抛光粉等）相关性能表征方法，研究不同密度、不同尺寸微粒在基液中的分布状态及相互作用行为；

2）抛光液流变行为研究：主要研究在运动的抛光轮上、抛光液进入抛光区梯度磁场后的流变行为、各主要组份物质的相互作用机制；

3）抛光区材料微量去除相互作用行为及其数值模拟研究：主要研究在抛光区发生流变效应的流变带压入工件后，抛光轮、磁场和工件的共同约束下，油基磁流变抛光液对KDP晶体的微纳米尺度材料去除机理，研究微观表面形成机制，研究跨尺度相互作用过程的数值模拟方法；

4）数值模拟结果的验证性实验研究：主要开展验证实验方法研

究，开展微观行为验证实验研究，开展油基磁流变抛光KDP晶体抛光中主要影响因素对晶体微观表面影响规律的验证性实验研究。

研究目标和主要技术指标：

掌握KDP磁流变抛光跨尺度相互作用过程的数值模拟方法，建立数值模拟系统,获得磁流变抛光液各组分物质、主要工艺参数对KDP 晶体微观表面的影响规律，对抛光液制备、抛光工艺过程优化的理论指导作用明显，并通过实验验证。

课题3：超精密运动部件动态特性对加工质量的影响规律研究

指南编号：2014KZ003

科学意义及需求背景：

在超精密加工机床中，气浮主轴系统、直线进给系统是实现超精密加工的核心功能部件，其动态特性对工件的加工质量具有至关重要的影响。如气浮主轴、直线进给系统的振动将在工件表面形成中频误差，降低加工精度。

（1）气浮主轴系统

气浮主轴系统以其无摩擦损耗、超精度、无污染的显著优势，在超精密加工中得到了重点关注。加工过程中，包括电机、转子、刀盘、刀架、刀具在内的气浮主轴系统振动直接影响机床的加工精度。深入研究气浮主轴系统的动力学特性，特别是在断续切削力作用下刀具切削处的振动特性，掌握气浮主轴系统结构参数、载荷、驱动等边界条

件对其动力学行为的影响规律；明确该动力学行为对工件切削表面质量的对应关系，对于改善气浮主轴系统动力学特性、提高机床加工精度具有重要的理论意义和实用价值。

国内外在主轴系统的动力学研究大多集中在基于滚珠轴承刚性支承的主轴系统方面，气浮主轴系统由于其支承气膜结合面具有强烈的非线性动力学特征，一直以来是国内外研究的难点和前沿。相关文献报道显示，通过采用模态实验法和数值仿真可在一定程度上揭示气浮主轴系统的动力学特性，为气浮主轴系统的优化提供指导。

目前，我所已成功研制了两台系列化单点金刚石飞切机床，但工件加工表面存在明显的中频误差。初步试验表明气浮主轴系统的振动是导致中频误差的主要原因之一。但由于我所目前在涉及气浮主轴系统动力学的结合面参数辨识、转子动力学分析、陀螺效应计算、模态实验分析方面研究基础薄弱，因此有必要联合国内优势单位开展合作研究，以快速提高我所在该领域的研究水平。

（3）直线运动系统

目前，直线进给系统在实际加工过程中，由于外载、摩擦等因素的影响，导致进给系统出现振动、变形、运动滞后等，极大地影响了机床的动态性能。然而，在直线进给系统的设计、加工制造、装配、测试过程中，目前更多停留在对几何精度的检测和保证，而很少涉及动态特性参数及性能的测试研究，导致我所对直线进给系统动态性能的认识不够深入，对实际过程中出现的动态特性问题也难以进行准确溯源。掌握直线进给系统关键功能部件动态特性参数辨识技术，认识

直线进给系统主要参数间的影响机制，对于提高超精密机床直线进给系统设计水平进而提高机床加工精度有着重要的意义。

本课题拟综合运用转子动力学理论、有限元分析方法、结合参数辨识技术、模态实验、工艺实验验证相结合的方法建立气浮主轴系统动力学模型。基于该模型开展动力学仿真分析，探索主轴系统结构参数、载荷环境、驱动力波动等边界条件对主轴系统刀具切削部位振动特性的影响。最后，通过工艺实验研究，明确气浮主轴系统动力学特性对加工表面质量的影响规律。通过开展直线进给系统关键功能部件的动力特性参数，以及系统整体动态性能的测试技术研究，对深入认识进给系统动力特性，确定关键影响参数，优化动态性能有着很大的帮助，为我所形成规范化的直线进给系统动力特性测试方法奠定一定的基础。

拟解决的主要问题：

1）气浮主轴系统支承气膜动力学参数辨识；

2）气浮主轴系统动力学仿真模型及其实验验证方法；

3）气浮主轴系统动力学特性的辨识与表征；

4）超精密运动部件动态特性参数的测试。

主要研究内容：

1）气浮主轴系统支承气膜动力学参数辨识：主要研究气浮主轴系统径向与轴向气膜面刚度、阻尼、动刚度、动柔度、交叉动刚度等的影响因素及其定量表征方法；

2）气浮主轴系统动力学数值仿真分析建模与实验验证：在动力

学参数辨识基础上，采用数值仿真建立主轴系统动力学仿真分析模型，完成主轴关键结构参数、零件面型误差、气源压力波动、电机振动、边界条件等对气浮主轴系统动力学特性的影响规律分析，并通过实验验证；

3）气浮主轴系统动力学特性对加工表面质量影响规律实验研究：包括建立气浮主轴系统动力学特性的评价等级，开展数值仿真与工艺实验研究，明确气浮主轴系统动力学特性与加工件表面中频误差的对应关系，研究抑制中频误差的有效方法；

4）直线进给系统动态特性参数辨识研究：主要开展直线进给系统动态特性参数辨识方法研究，识别系统各个关键部件刚度、阻尼参数；

5）直线进给系统动态特性参数测试技术研究：主要开展直线进给系统各向刚度、摩擦力矩、振动等动态参数测试方法研究，开展直线进给系统动态特性综合测试系统技术研究；

6）直线进给系统整体动态特性的影响因素分析与影响机制研究：主要开展直线进给系统关键功能部件动态特性参数研究，研究关键功能部件对进给系统动态性能的影响机理。

研究目标和主要技术指标：

在气浮主轴系统研究方面，完成气浮主轴系统气膜结合面动力学参数辨识，建立气浮主轴系统动力学仿真系统，明确气浮主轴系统动力学特性与加工件表面中频误差的对应关系，阐明切削加工中频误差的产生机理，并通过工艺实验验证。

在直线进给系统研究方面，掌握精确、高效的关键部件动态参数测试方法，掌握直线进给系统动态特性影响因素的实验验证方法，揭示影响直线进给系统动态特性的主要因素和影响机制，获得实验证据。

二、2014年度开放基金面上课题指南

课题1：复杂微小光学结构的质量评定方法研究

指南编号：2014KM001

科学意义及需求背景：

微结构光学元件是指具有微纳尺度复杂特征结构的精密元件。此类光学零件的重量轻，便于系统的集成化，具有许多传统光学元件无法实现的奇异功能，如新型衍射光学元件、复杂光栅、高陡度微小特征光电器件、红外微光学元件、微透镜阵列等。当前先进制造技术蓬勃发展，如纳米压印技术、LIGA技术、激光直写技术、化学刻蚀技术等，使得微结构元件的性能迅速提高，在国防、医学、航天、通信等领域得到了广泛的应用。此类元件的光学性能直接决定于元件的表面形貌加工质量。但是微结构元件含有高陡度、大高宽比的台阶、曲面、沟槽和棱角等特殊结构，用传统方法难以精确测量；对其形貌质量与性能之间的定量关联不明确，现有的国家标准和行业规范尚未对其形貌评定方法做出有效规定，所以复杂微结构光学元件的设计具有很大的盲目性，形貌参数设臵不合理，元件的加工质量难以有效控制，导致元件难以加工，且废品率高，严重影响实际应用。

拟解决的主要问题：

1）微结构光学元件三维形貌的精密测量方法；

2）复杂结构表面形貌的定量表征算法；

3）微结构元件表面形貌与性能之间的相关性规律。

主要研究内容：

1) 微结构元件表面形貌测量方法研究：主要针对典型微小光学结构（如微透镜阵列与周期性密铺结构、复杂光栅、二元衍射光学结构等），研究其三维形貌（如几何特征结构、微观粗糙度和局部缺陷等）的精密测量原理，研究微结构表面形貌的多尺度识别、分析、表征与评价方法，研究台阶高度、曲面曲率半径、棱角角度、微槽深度与宽度、单元平均尺寸、周期性结构分布均匀性、划痕、缺陷、局部粗糙度等微结构特征参数的准确计算算法。

2) 微结构元件光学性能指标的测量方法研究：主要研究微结构光学元件的典型光学性能，包括出射光束的照明均匀性、衍射角、成像像差、衍射效率、光束整形波像差等指标的测量方法。

3) 微结构几何特征表征与光学性能之间的相关性映射规律及其评价技术研究：主要研究表面形貌特征参数值对元件的典型光学性能的影响规律，研究表面形貌参数与光学性能参数之间的定量映射关系研究目标和主要技术指标：

掌握复杂微小光学结构表面的精密测量与质量评定方法，建立微结构几何形貌测量与光学性能评定原型系统，给出微结构元件光学性能指标与表面质量参数之间的映射关系。主要技术指标：对常见微

结构光学元件的精密测量，纵向精度/量程之比达到10-5量级，纵向分辨率达到纳米级，尺寸误差小于1μm，粗糙度Ra值误差小于30 nm，可测大陡度微结构倾角达到60°以上。

课题2：薄膜型金属微梁低应力控制技术

指南编号：2014KM002

科学意义及需求背景：

RF MEMS技术是微机电系统的重要分支。现代雷达与制导、电子对抗、通信、遥感遥测系统的工作频率已逐步由微波波段扩展到毫米波波段，RF MEMS器件凸显出传统射频器件无可比拟的优势：体积小、功耗低、差损小以及可重构等，它是未来射频系统发展的趋势。金属微梁是RF MEMS器件中最为常见的基本结构，比如RF MEMS开关、电容、滤波器和谐振器。目前来看，金属微梁的变形、断裂以及驱动电压偏高主要因素是微梁应力过大引起的，这些问题已经成为制约RF MEMS技术发展的瓶颈之一。因此如何获得低应力金属微梁迫在眉睫。对低应力金属微梁的研究，涉及到物理特性研究、材料研究、模拟仿真等领域，具有重要的科学意义。

拟解决的主要问题：

1）残余应力对微梁的影响问题：由于薄膜中残余应力的存在，会引起微梁结构的失稳，弯曲甚至断裂；残余应力还会影响到结构的工作性能，残余应力过大导致微梁释放后发生变形和下拉电压增大；

2）低应力微梁加工技术：加工工艺，尤其是牺牲层加工工艺会

在薄膜中产生较大的应力，会影响金属梁最终的成型；

3）低应力金属薄膜加工问题：包括薄膜制备参数、薄膜的退火等处理技术对薄膜应力的影响问题，这些与金属材料、工艺参数、后处理工艺等方面影响因素均有关系。

主要研究内容：

1）研究金属材料的低应力薄膜制备技术及其机理：在硅衬底上镀金属薄膜的方法主要有真空蒸镀、离子镀、溅射镀膜等。研究金属材料和镀膜方式对加工出的金属薄膜应力的影响，获得低应力的金属薄膜。分析影响金属薄膜应力的主要因素及其影响机理；

2）研究工艺过程对薄膜型金属微梁残余应力影响规律：镀膜过程中的工艺参数的改变会直接影响金属薄膜中的最终残余应力水平，通过调整镀膜时的基底温度、工作气压、沉积速率等工艺过程参数可以控制金属薄膜中应力的大小，甚至可以改变应力的性质；

3）研究退火过程与残余应力的影响规律：退火处理会改变金属薄膜内部的晶格缺陷，从而可以改善金属薄膜的残余应力。研究退火过程对金属微梁的残余应力影响以及其与金属微梁机械性能的关系；

4）研究金属微梁牺牲层释放技术：牺牲层材料选择与金属梁有关，不同的牺牲层释放工艺也不同。通过研究，找到合适的牺牲层材料并进行释放技术研究，同时研究牺牲层材料的平坦化加工技术。

研究目标和主要技术指标：

获得低应力金属薄膜加工方法;金属薄膜厚度控制在1～2μm,金属薄膜的翘曲度小于10%薄膜厚度。给出一种厚度在1～2μm、宽度

30～60μm、长度在200～500μm量级的金属固支微梁样品，释放后梁翘曲度小于20%梁厚度。

课题3：高柔性、自支撑微型薄膜电化学电容器纳米结构电极制备技术研究

指南编号：2014KM003

科学意义及需求背景：

随着微尺度、纳米技术的迅速发展以及便携式电子设备的发展需求，现代化的电子器件正向小型化和精密化的方向快速迈进。MEMS

器件的快速发展带动了对微能源的需求，便携、安全、高能量密度的微电源对于MEMS系统及其器件的应用至关重要。在以往的研究中，厚度仅为1-2mm（含衬底）的可嵌入式固态薄膜电池已经在诸如主动型射频卡等场合中得到应用，但是由于电池的功率特性，这种微型电池一般只能提供不高于100μA/cm2的电流输出，因此限制了其推广使用。对于某些MEMS器件，以微加速度计为例，尽管待机时只需要几百微安的电流，但在动作时至少需要3-5mA，不低于5V的能量才能动作，因此，提供一个可与微型电池联用的微型电化学薄膜电容器，可以在器件待机时积蓄能量，在器件动作时提供瞬时的大功率输出，可为类似应用提供最佳能源解决方案。这种微型电容与普通超级电容不同，为了与微器件的尺寸相适应，它必须采用小型化设计并采用非液态的准固态或全固态电解质，并可采用柔性衬底，以便与器件集成。通常来说，与电池相比，超级电容器的能量密度较低，但功率密度大。

不过对于采用固态电解质的薄膜电容器而言，由于准固态的电解质比液体电解液的传导率低，因此，如何设计薄膜电容电极和电解质材料，特别是在微电极制备过程中精确控制材料形貌和厚度，研究微制造过程中薄膜操控技术对其电化学特性的影响是解决薄膜电化学电容技

术瓶颈的必要途径。对于薄膜电化学电容，如何解决其致密的固态设计和大功率输出的这一矛盾是目前困扰学界的一大难题，也是这一研究方向一直裹足不前的重要原因。因此，我们拟从薄膜电化学电容材料的设计入手，发展以石墨烯薄膜为基础的三维薄膜电极制备技术，有效提高电极材料的利用率和大电流输出能力，以期为解决这一难题提供新思路，为最终的器件研制打通技术障碍，奠定研究基础。

拟解决的主要问题：

1）发展可用于微型薄膜电化学电容的电极制备技术，掌握材料的纳米结构操控技术；

2）研究微制造技术对电极纳米结构参数及其电化学特性的影响。

主要研究内容：

研究自支撑石墨烯薄膜制作的技术方法，并且在薄膜表面有效设计圆锥型金属的阵列，保证三维微结构的通畅。得到机械强度高、高柔性的石墨烯薄膜。重点研究石墨烯薄膜厚度（5微米、10微米、20微米以及30微米）对不同电极材料体系的影响。

1）在石墨烯薄膜及金属阵列表面沉积大容量纳米赝电容电极材料，研究材料形貌、组成、晶型以及厚度对材料性能的影响。利用圆锥型阵列顶部空间的优势，有效避免由于电极材料和固体电解质的堵

塞引起的能量密度下降的问题。重点研究纳米结构参数，如圆锥型阵列的高度（200纳米、400纳米和600纳米）和底面直径（400纳米、600纳米和800纳米）以及圆锥阵列的间距（50纳米、100纳米和150纳米）对电容性能的影响；

2）在金属阵列表面沉积纳米赝电容电极薄膜。控制合成温度和沉积时间调控电极薄膜的形貌、组成、晶型以及厚度。研究薄膜的形貌、组成、晶型以及厚度对电极储能性能的影响；

3）尝试在电极材料表面沉积致密的固体电解质，精确控制电解质厚度，研究电解质厚度对电荷传递系数及比容量的影响。

研究目标和主要技术指标：

（1）研究目标

掌握薄膜电极的纳米结构操控技术，尝试结合固体电解质构筑微型薄膜电化学电容器，并研究和揭示纳米电极结构和固体电解质微观形貌对电容器储能性能的重要影响，为进一步提高电容器储能性能提供有益的基础和指导。

（2）主要技术指标

1）研制出高柔性自支撑的石墨烯薄膜（5微米、10微米、20微米以及30微米），可在此基础上制备微型薄膜超级电容器。

2）在石墨烯薄膜表面设计出不同尺寸的圆锥阵列（高度：200

纳米、400纳米和600纳米；底面直径：400纳米、600纳米和800

纳米；圆锥阵列间距：50纳米、100纳米和150纳米）。

3）在水溶液电解液体系测试下，电极材料在 0～0.85 V(vs SCE)

范围内呈现优良的超电容特性（ 10C 充放电时比容量达到180 F/g 以上）。

4）在固态电解质条件下，电极材料10C充放电条件比容量达到70 F/g以上。

课题4：熔石英光学元件动态刻蚀复合工艺基础研究

指南编号：2014KM004

科学意义及需求背景：

光学元件表面及亚表面划痕、裂纹对激光电磁场调制引发的热效应、自聚焦与再沉积层的杂质对激光光子能量的吸收是造成光学元件激光损伤主要原因。因此，在过去几十年中，人们一直通过改善抛光工艺及后续处理工艺来减小激光损伤的产生密度，以提高激光系统中熔石英元件的抗激光损伤能力。换言之，抛光及后续处理工艺直接决定了光学元件的激光损伤阈值，例如，在波长为351 nm脉宽为3 ns 的激光脉冲下，熔石英器件的典型损伤阈值为5～15 J/cm2，而本征表面损伤阈值应>100 J/cm2，这说明还有很大的空间来改善光学元件的抗损伤能力。化学腐蚀技术是典型的后续处理工艺，通过从熔石英表面去除杂质以及亚表面损伤来提高抗激光损伤阈值。然而，研究发现，HF腐蚀虽然能够在一定程度上去除杂质、划痕和亚表层损伤，但进一步的腐蚀会使激光损伤阈值下降而并非提高。如何无损、快速、低成本控制抛光过程中引入的亚表层损伤及杂质，提高光学元件激光损伤阈值，提高加工效率、降低生产成本和生产周期成为光学制造领