マイクロ・ナノ構造光学素子の大面積ガラス成形における原子スケールの界面制御

微米和纳米结构光学元件大面积玻璃成型中的原子级界面控制

• 批准号: 20F20368
• 负责人: 閻 紀旺
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-11-13 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20368/
• 关键词: ガラス成形; 金型加工; 超精密切削; グラフェン成膜; 微細構造表面; 超硬合金; SiC; レンズアレイ; プレス成形; 自由曲面

光学デバイスなどに用いられているガラス材料はそれ自体で固有の機能を有しているが、その材料表面にマイクロ・ナノレベルの規則的な微細構造を形成することにより、表面機能が飛躍的に向上されることが知られている。本研究では、単結晶ダイヤモンド工具を用いて切削した自由曲面金型表面へグラフェン成膜を行い、ガラスプレス成形技術へ応用し、マイクロ・ナノスケールの微細構造の大面積成形を行う際の界面現象を原子レベルで解明する。本研究により、バイオニック構造やマイクロレンズアレイ、低反射表面など様々な機能性表面の高精度加工およびその低コスト化が期待できる。2022年度では、前年度で切削加工した金型表面へグラフェン成膜を行い、異なる条件での成膜特性の調査を行い、成膜したグラフェン膜の厚さ測定や断面構造の観察を行った。また、ナノインデンテーションおよびナノスクラッチ実験によりグラフェン膜の力学的特性の評価を行った。さらに、成膜した単結晶シリコン、単結晶シリコンカーバイドおよび超硬合金製の金型を用いて高精度ガラスモールド成形装置でのガラスプレス成形実験を実施し、マイクロ・ナノスケールのガラス表面への微細構造の転写成形に使用可能であることを確認した。そして、プレス成形時の界面現象の実験観察を行い、成形された光学素子の形状精度および光学性能の評価を行った。さらに、本研究の学問への発展としてグラフェン膜とガラスおよび金型本体間の界面現象を解析するための分子動力学モデルを作成し、高温ガラス成形におけるグラフェン膜の物理的・化学的安定性および耐久性について原子スケールでの解析を行った。

Optical optics are made of いられているガラス material はそれ own inherent function を有しているが、そのmaterial surface にマイクThe regular fine structure of the ロ・ナノレベルのなることにより, the surface function of the に上されることが知られている. In this study, a single crystallized tool was used to cut a free-form gold-shaped surface and form a film. Molding technology is used for large-area molding of fine structures and interfacial phenomena of atoms and atomic structures. In this study, により, バイオニック structure やマイクロレンズアレイ, low-reflective surface High-precision machining of the functional surface is expected to be low-tech. 2022 year's cutting process and the previous year's cutting and processing of gold surface film forming conditions and conditions The film-forming characteristics were investigated and the thickness of the film was measured, and the cross-sectional structure was inspected.また、ナノインデンテーションおよびナノスクラッチComments on the mechanical properties of 実験によりグラフェンfilm.さらに, film-forming した単単捘シリコン, 単crystal シリコンカーバイドおA high-precision curing molding device for cemented carbide metal molds.ガラスプレスmoldingの験を実士し、マイクロ・ナノスケールのガラThe fine structure of the surface and the molding can be used and confirmed.そして, プレスのInterface phenomenon during molding の実験馳看を行い, molding されたoptical element のShape accuracy およびOptical performance の御を行った.さらに、This study’s knowledge and knowledge are displayed in this study Analysis of the interface phenomenon between gold-type bodies and molecular dynamics Made of high-temperature molding, high-temperature molding, physical and chemical stability, durability, and atomic analysis.

项目成果

Optimization of fast tool servo diamond turning for enhancing geometrical accuracy and surface quality of freeform optics

优化快速刀具伺服金刚石车削，提高自由曲面光学器件的几何精度和表面质量

• DOI: 10.1299/jamdsm.2023jamdsm0012
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing
• 作者: Lin ZHANG;Yusuke SATO and Jiwang YAN
• 通讯作者: Yusuke SATO and Jiwang YAN

Study on nano-graphitic carbon coating on Si mold insert for precision glass molding

精密玻璃模压硅模具嵌件纳米石墨碳涂层的研究

• DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128893
• 发表时间: 2022
• 期刊: Surface & Coatings Technology
• 影响因子: 5.4
• 作者: Lin Zhang;Jiwang Yan
• 通讯作者: Jiwang Yan

Evolution of high-pressure metastable phase Si-XIII during silicon nanoindentation: A molecular dynamics study

• DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.110344
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: Computational Materials Science
• 影响因子: 3.3
• 作者: Lin Zhang;Jiwang Yan

Flexible fabrication of Fresnel micro-lens array by off-spindle-axis diamond turning and precision glass molding

• DOI: 10.1016/j.precisioneng.2021.11.013
• 发表时间: 2021-11-25
• 期刊: PRECISION ENGINEERING-JOURNAL OF THE INTERNATIONAL SOCIETIES FOR PRECISION ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY
• 影响因子: 3.6
• 作者: Zhang, Lin;Yi, Allen Y.;Yan, Jiwang
• 通讯作者: Yan, Jiwang