微机电系统（MEMS）动态特性的测量在MEMS研发过程中具有极为重要的地位．提出一种用于微结构离面运动快速测量的光学测试系统及方法．该系统基于Mirau显微干涉技术，以时间平均干涉法实现可动微结构离面动态特性的测量-系统采用4步相移调制方法得到调制干涉条纹对比度的零级Bessel函数分布．在微谐振器件上进行的实验说明系统可以测量任意频率的离面运动，水平分辨力在微米范围内，离面探测极限在5nm左右．

以提高光学系统对测点正焦位置辨识精度为目标分析设计并行像散共焦系统。设计基于远心光路,采用20倍长工作距显微物镜作为系统物镜,采用2片正交对称配置的薄柱面镜组建像散镜组取代探测光路中的管镜,通过对像散镜组参数优化实现探测曲线过零点灵敏度的最大化,并利用像散原理的差动算法有效抑制了光学系统各种噪声和漂移对像散光场稳定性的影响,获得了高灵敏度、高稳定性、较好一致性的全场探测曲线。通过大量实验证明了优化像散镜组参数对提升探测曲线灵敏度的作用,证明了并行像散光场探测曲线有良好的稳定性,全场测点的正焦位置辨识精度能够达到50 nm。

基于菲涅尔衍射理论推导并行共聚焦系统的两种常用光路（显微与远心）的三维相干成像公式,发现两者在傍轴近似条件下并行探测能力没有明显区别,并且这一结果得到了实验证实。但是显微光路离轴探测光场在物面和图像面存在横向漂移,漂移随着离轴和离焦程度增加而增加,干扰了系统的轴向探测能力并且使正焦辨识过程复杂化,影响系统的测量效率;远心光路由于不存在探测光场的横向漂移,以及较好的结构可靠性使系统精度易于保证,应该成为构建并行共聚焦微结构探测系统的首选。

阐述微型机械电子系统的概念与内涵,详细地分析了微型机械电子系统的研究方向和发展趋势,为今后深入研究该领域的课题提供了依据 .

报道了扫描探针显微镜在纳米电子薄膜材料的形貌、晶界、晶粒形状与尺度、表面粗糙度和剖面分析中的具体应用实例,以及纳米磁性薄膜中的微磁畴、铁电材料的微电畴和半导体PN区像等电磁特殊性的可视分析应用.

本文利用原子力显微镜对具有不同厚度Ｎｉ过层的Ｃｏ５．０ｎｍ／Ｃｕ３．５ｎｍ／Ｃｏ５．０ｎｍ三明治在各个制备阶段样品的表面形貌进行了系统的研究，并结合Ｘ射线衍射的结果，发现Ｎｉ过渡层可以使Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ三明治的界面平整，并形成强的（１１１）织构，从而导至瓣巨磁电阻值增大和矫顽力减少。电阻率的分析是表明过厚的Ｎｉ过渡层由于分流效应的存在会削弱材料的巨磁电阻值。

提出了聚焦离子束注入（focused ion beam implantation,FIBI）和聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀（gas assisted etching,GAE）相结合的微纳加工技术。通过扫描电镜观察FIBI横截面研究了聚焦离子束加工参数与离子注入深度的关系。当镓离子剂量大于1.4×1017ion/cm2时,聚焦离子束注入层中观察到均匀分布、直径10～15nm的纳米颗粒层。以此作为XeF2气体反应的掩膜,利用聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀（FIB-GAE）技术实现了多种微纳米级结构和器件加工,如纳米光栅、纳米电极和微正弦结构等。结果表明该方法灵活高效,很有发展前途。

磁流变液(MRF)的力学性能与其微结构密切相关,而其微结构的形成与演化受多种因素的影响。研究了静磁场和剪切作用下磁流变液微结构的形成与演化。在静磁场作用下,分析了颗粒体积分数和磁感应强度对其微结构的影响;在剪切作用下,观测了微结构的动态演化过程。实验结果表明,在相同磁感应强度下,随着颗粒体积分数的增加,通链数目逐渐增多,孤立链减少,且由相互独立的单链转变为相互聚集的束链,在相同颗粒体积分数下,随着磁感应强度的增加,颗粒链的间距增大,链的聚合度明显提高;在剪切过程中,成功地捕捉到了磁流变液颗粒链从形成→拉伸→断裂→重组的动态演化过程,当该过程达到动态平衡时,为磁流变液提供了稳定的抵抗宏观剪切的能力。

针对钢球缺陷检测过程中，镜面钢球打滑导致展开轮磨损这一问题，结合试验与有限元的方法，得到适合于展开轮的材料与微结构。首先，应用激光微造型技术在不同材料表面加工圆形凹坑微结构，采用单因素法在M-2000多功能磨擦磨损试验机上进行滚滑复合干摩擦试验；结合试验工况建立基于Archard理论的微结构磨损模型；最后通过仿真技术模拟试验优选的材料在不同微结构表面的磨损性能，进而对微结构进行优选。结果表明：在滚滑复合干摩擦工况下，圆形凹坑微结构可以改善不同材料的摩擦磨损性能；利用磨损模型计算磨损系数能够应用于有限元中用以分析实际工况的磨损特性；优选出T10A和45钢在三角形和菱形微结构表面下具有较好的耐磨性能。为轮系结构耐磨材料及微结构表面的选取提供理论参考。

采用超精密切削加工方法进行单晶硅表面微结构制备,实验获得了一组优化的工艺参数,并在此基础上开展了不同类型微结构的超精密切削成形实验,分别获得了金字塔阵列、V形槽阵列和正弦波阵列等不同结构,证明了在单晶硅表面制备出微结构能够使得表面反射率大大降低。