超高深宽比仿生纳米纤毛阵列研究

Nano fabrication is at the forefront of advanced manufacturing technique development. In such case, high-aspect-ratio nanostructures would shift the nano fabrication technology to a new direction. High performance devices are desperately needed in energy reserves, cell culture, drag reduction and marine signal detection fields. High-aspect-ratio silicon nanostructures are known as the best way to achieve this goal because of the unique mechanical and physical properties. However, the aspect ratio of nanostructures gradually becomes increasingly stringent in the expanding field of nanostructures. In the goal of 100:1, we face hitherto unknown challenges, which accordingly satisfy the science and technology development demand. On the other hand, bionics is the source of innovation, and many unique phenomena in biology bring the enlightenment to us. In this paper, we focus on the need for fabrication technique of high-aspect-ratio bionic nano cilia arrays. Research on key technique problems includes design, processing and micro vibration testing. Based on the cilia array, much work has been carried out on high sensitivity micro vibration measuring technology according to its optical diffraction features. This method proposes to improve vector acoustic sensors, enabled to achieve low frequency detection, with bionic principle of acoustics cylinder and acoustic principle. It will provide a theoretical basis and technical for the maritime strategy.

纳米制造是国际先进制造技术的发展前沿，而高深宽比纳米结构的制造技术是目前纳米制造的重要发展方向。高深宽比硅基纳米结构以其独特的机械、物理性能优势，被广泛认为是实现器件高性能的重要基础，在能源储备、细胞培育、航行器减阻、海洋信号探测等方面展现出广阔的应用前景。 然而，随着纳米结构应用领域的不断扩展，对纳米结构深宽比的要求越来越高，国际上期望能够达到100:1以上以满足新的科学技术发展需要，这对高深宽比纳米结构的制造提出了前所未有的挑战。另一方面，仿生是创新的源泉，生物界的诸多独特现象为我们提供了重要的启示。 项目以高深宽比仿生纳米纤毛阵列的制造技术为研究对象，重点研究其在设计、制造等方面的关键技术难题。在此基础上，以高深宽比仿生纳米纤毛阵列为核心，利用声学纳米柱的仿生原理和声学原理实现低频矢量声探测，通过其光衍射提高矢量水声传感器的探测灵敏度，以期为我国实现海洋战略提供理论依据和技术支持。

纳米制造是国际先进制造技术的发展前沿，而高深宽比纳米结构的制造技术是目前纳米制造的重要发展方向。高深宽比纳米结构具有独特的机械、物理性能，展现出广泛的应用前景。随着纳米技术应用领域的不断扩展，对纳米结构深宽比的要求越来越高，国际上期望能够达到100以上以满足新的科学技术发展需要，这对高深宽比纳米结构的制造提出了前所未有的挑战。. 本项目结合高深宽比纳米纤毛阵列和光衍射检测方法，提出了一种高灵敏声探测方法，分析了其矢量传感工作机理；建立纳米纤毛阵列的声-结构-光耦合模型，明确了矢量传感结构多域耦合规律；实现了基于错位光刻的纳米结构可控图形化，掌握了高深宽比纳米纤毛结构的制造方法，实现了深宽比超过120的硅基纳米纤毛阵列的制造；深入研究了柔性材料浇筑过程中的流变特性和界面行为，掌握了柔性高深宽比纳米纤毛阵列的制造方法，实现了深宽比超过40的柔性纳米纤毛阵列的制造；设计了基于光衍射检测平台和声学测试系统，开展了基于高深宽比纳米纤毛阵列光衍射检测方法的声矢量探测研究，为高灵敏水声矢量探测提供了理论和技术支持。本项目共发表SCI论文3篇，授权专利4项，“特种MEMS制造技术及其应用”2015年获教育部高等院校科学技术二等奖，培养博士研究生1名，硕士研究生2名。本项目按照计划执行，完成了项目任务书的论文、专利、人才培养等指标。