本成果创新性发明了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构高精度测量技术及系统。 本项目依托华中科技大学仪器学科在表面形貌与结构精密测量领域的传统特色优势和长期积累的科研基础，在国家重大科学仪器设备开发专项、国家自然科学基金仪器研制专项、国家863重点项目课题、国家自然科学基金面上项目等支持下，针对相关制造领域微米尺度、纳米尺度、跨尺度微纳表面结构精密测量问题开展了系列研究。本成果技术主要包括以下方面： 1）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，共光路融合白光显微干涉与原子力探针传感，突破跨尺度微纳传感瓶颈，解决大动态范围微纳结构测量难题，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量； 2）提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度测量的可溯源标定和坐标统一方法，突破了白光干涉与原子力探针跨尺度微纳传感的坐标统一瓶颈和漂移难题，实现了微纳表面结构跨尺度测量的可溯源和稳定高精度； 3）提出了白光干涉质量评价模型和三维图像噪声区域辨识与重建方法，及二维扫描工作台平面度误差阿贝补偿与二维运动同步计量方法，解决噪声问题与宏微驱动二维工作台运动误差对测量精度的影响问题，为跨尺度微纳表面结构高精度测量提供支撑。 图1 微纳结构多模式跨尺度测量仪器实物图 图2 白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理示意图 【技术优势】 本成果项目研制了具有我国自主知识产权的白光干涉原子力探针扫描测量仪等系列微纳表面结构测量仪器，并通过了国家计量院组织的仪器性能和软件的检定测试，纳米尺度原子力垂直测量范围超出国际商用仪器10倍以上，水平动态范围达国际领先水平。 【技术指标】 本成果项目提出了白光干涉原子力探针扫描跨尺度微纳表面结构测量原理和方法，建立跨尺度传感方法，实现nm-μm-mm跨尺度微纳表面结构高效测量。同时，发明的白光干涉原子力探针扫描测量方法与现有商用原子力显微镜相比，垂直测量范围提高10倍，分辨率优于0.01nm。

新型微纳电子材料的不断涌现，尤其是最近几年二维材料（石墨烯、二硫化钼、拓扑绝缘体等）的出现，对生长设备提出了更高的要求。在科研生产领域，以分子束外延系统为代表的高端生长设备，长期被欧美进口设备所垄断。目前，国内的真空设备厂家的技术加工的硬件水平已经达标，所欠缺的就是一个整体系统设计。徐永兵课题组的青年千人何亮教授在超高真空薄膜生长领域，具有超过十五年的研究工作经验。熟悉物理

包装材料是消费者在接触商品时看到、触摸到的实体物质，与消费者直接接触。包装材料在商品的销售中发挥着承载信息的作用，同时传递情感。新一代消费者在很多商品相对同质化的背景下，将产品的外观和包装作为选购商品的一个重要考虑因素。因此很多高科技公司在设计产品时非常重视包装材料的设计。比如主流的手机生产厂家，包括苹果、华为、三星、小米等，投入大量的人力物力设计和生产新的手机外壳。由于采用纳米制造技术，具有全息效果和可变色的手机外壳的成本甚至高于手机中一些核心部件的成本。但是良好的市场反应证明消费者对产品外观的需求不弱于对产品性能和功能的需求。 新一代的微纳包装材料指材料的特征尺寸在微米甚至纳米级别，与入射光相互作用时，表现出特殊外观的一类包装材料。由于这种材料包含微纳尺度的重复性结构，需要复杂的工艺实现大规模生产。这样的特点对微纳包装材料的设计提出了非常高的要求。从消费者研究的角度出发，要求这些材料具有心理学范畴的属性，包括柔软感、高级感、金属感等;从制造技术的角度出发，需要通过控制工艺参数来调整微米或纳米尺度的材料结构。本研究工作需要解决的核心技术问题是如何按照消费者心理需求，来实现对生产工艺的控制，得到理想的微纳包装材料。传统的设计方法通常需要经过多次迭代，反复地进行试生产和消费者调查实验。由于试生产成本高且需要大量时间，导致新材料的研究工作缓慢而昂贵。 仿真设计方法综合运用计算材料学、计算光学、计算机图形学、情感计算等方面的研究成果，可以实现对创新微纳包装材料的仿真设计，在不需要进行试生产的情况下，通过计算机模拟具有微纳尺度复杂结构的高分子材料的光学散射特性，生成具有高真实感的产品外观图像，直接用于消费者调查工作，具有非常好的应用前景。

随着支配半导体技术数十年的摩尔定律日益接近其发展极限，多种功能器件集成被认为是超越摩尔定律延续集成电路发展进程的重要途径之一，这就需要能够满足多种功能器件高密度集成的制造技术。多元兼容集成制造技术就是为此而开发的，该技术通过在更大范围内优选结构/功能材料组合，开发异质集成制造工艺，大大拓展了功能微器件创新设计和制造的腾挪空间。经过多年探索，目前已形成了涵盖金属、聚合物、陶瓷、复合材料的MEMS异质异构制造技术体系，并在多种类型功能器件研发中发挥了关键作用，初步展现了其基础性支撑作用，相关技术获得2016年度上海市技术发明一等奖。 微系统集成发展趋势 多元兼容集成制造技术  获奖情况 上海市技术发明一等奖2016年团队获奖 国家技术发明二等奖2008年 上海市技术发明一等奖2007年 超薄超快高热流密度微通道散热器 上海交通大学团队在长期研究经验和技术积累基础上，创造性地提出了不同高热导率材料组合构造的复合结构微通道散热器设计方案，并基于多元兼容集成制造技术完成了多种尺寸样品研制，其中，热源面积与常用功率芯片尺度相当的超薄散热器冷却能力达到800W/cm2以上，在保留传统微通道散热器良好系统兼容性和适用性的基础上达到了相当高的散热能力水平，为解决高功率芯片系统超高热流密度散热问题提供了一个深具可行性的解决方案。 高温薄膜温度传感器研究  发动机燃烧室等极端恶劣环境下（高温、强振动、强腐蚀等）的工作参数现场监测对传感器技术是严峻挑战，国内外研究广泛。交大团队基于特种材料微纳集成制造技术的长期积累，在高温绝缘薄膜材料、多层薄膜应力调控、曲面图形化和高温敏感介质等技术上取得了一定突破，成功开发了多种可与现场结构共型的高温薄膜传感器，具有体积小、环境扰动小、响应快、灵敏度高、可分布式安置等优点，该团队已经掌握了温度、应力/应变、热流等多种高温状态参数测量技术，适用温度在800-1300℃之间。 薄膜绝缘电阻随温度的变化及测试结构 高温薄膜温度传感器制造及曲面图形化技术 薄膜温度传感器在发动机不同部位测温需求 无线温度传感器测温系统 高性能转接板 基于转接板的多芯片封装是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是传统的硅转接板性价比不高，阻碍了广泛应用。上海交大团队基于非硅微加工技术的长期积累，突破了硅转接板绝缘层完整性和再分布层热隔离的难题，成功研制了漏电流极低的低成本高性能硅转接板。此外，还开发了复合材料非硅转接板，TCV陶瓷转接板，TGV玻璃转接板等各种三维封装基板，实验室能够针对不同类型器件三维高密度封装的具体要求，定制开发不同功能的专用转接板，为多功能、高密度、高功率、低成本封装提供个性化解决方案。 TSV-3D 高密度封装概念图  金属-聚合物-纳米复合材料非硅基转接板实物图片

"近年来，锂离子电池在智能电网、航空航天和军事储能等高能耗新能源领域的应用不断扩展，现有商用正极材料体系（包括层状结构的镍钴锰酸锂、尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂）的实际比容量已经接近各自的理论极限值，无法满足日益增长的能量密度需求。富锂锰基正极材料不仅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其较低的钴和镍含量能够有效降低电池的成本。 本项目主要通过构筑缺陷来增强富锂锰基正极材料的电化学性能，实现高的首圈库伦效率、倍率性能和循环稳定性，提升富锂锰基正极材料整体性能，为其商业化应用打下基础。 "

项目成果/简介:随着支配半导体技术数十年的摩尔定律日益接近其发展极限，多种功能器件集成被认为是超越摩尔定律延续集成电路发展进程的重要途径之一，这就需要能够满足多种功能器件高密度集成的制造技术。多元兼容集成制造技术就是为此而开发的，该技术通过在更大范围内优选结构/功能材料组合，开发异质集成制造工艺，大大拓展了功能微器件创新设计和制造的腾挪空间。经过多年探索，目前已形成了涵盖金属、聚合物、陶瓷、复合材料的MEMS异质异构制造技术体系，并在多种类型功能器件研发中发挥了关键作用，初步展现了其基础性支撑作用，相关技术获得2016年度上海市技术发明一等奖。微系统集成发展趋势多元兼容集成制造技术 获奖情况上海市技术发明一等奖2016年团队获奖国家技术发明二等奖2008年上海市技术发明一等奖2007年超薄超快高热流密度微通道散热器上海交通大学团队在长期研究经验和技术积累基础上，创造性地提出了不同高热导率材料组合构造的复合结构微通道散热器设计方案，并基于多元兼容集成制造技术完成了多种尺寸样品研制，其中，热源面积与常用功率芯片尺度相当的超薄散热器冷却能力达到800W/cm2以上，在保留传统微通道散热器良好系统兼容性和适用性的基础上达到了相当高的散热能力水平，为解决高功率芯片系统超高热流密度散热问题提供了一个深具可行性的解决方案。高温薄膜温度传感器研究 发动机燃烧室等极端恶劣环境下（高温、强振动、强腐蚀等）的工作参数现场监测对传感器技术是严峻挑战，国内外研究广泛。交大团队基于特种材料微纳集成制造技术的长期积累，在高温绝缘薄膜材料、多层薄膜应力调控、曲面图形化和高温敏感介质等技术上取得了一定突破，成功开发了多种可与现场结构共型的高温薄膜传感器，具有体积小、环境扰动小、响应快、灵敏度高、可分布式安置等优点，该团队已经掌握了温度、应力/应变、热流等多种高温状态参数测量技术，适用温度在800-1300℃之间。薄膜绝缘电阻随温度的变化及测试结构高温薄膜温度传感器制造及曲面图形化技术薄膜温度传感器在发动机不同部位测温需求无线温度传感器测温系统高性能转接板基于转接板的多芯片封装是2.5D高密度集成最具可行性的方案之一。但是传统的硅转接板性价比不高，阻碍了广泛应用。上海交大团队基于非硅微加工技术的长期积累，突破了硅转接板绝缘层完整性和再分布层热隔离的难题，成功研制了漏电流极低的低成本高性能硅转接板。此外，还开发了复合材料非硅转接板，TCV陶瓷转接板，TGV玻璃转接板等各种三维封装基板，实验室能够针对不同类型器件三维高密度封装的具体要求，定制开发不同功能的专用转接板，为多功能、高密度、高功率、低成本封装提供个性化解决方案。TSV-3D 高密度封装概念图 金属-聚合物-纳米复合材料非硅基转接板实物图片知识产权类型:发明专利 、 软件著作权 、 集成电路布图设计技术先进程度:达到国内领先水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级

本项目将研究CVD金刚石厚膜的制备技术，导丝模的超声微纳加工技术，最终制作出合格的CVD金刚石导丝模，内孔尺寸公差<0.1微米，内孔和外圆的同心度要求小于5mm，内孔表面粗糙度Ra<0.01mm，达到国际先进水平。 本项目涉及金刚石厚膜的制备到CVD金刚石导丝模的关键工艺，项目成功后，将研发成功具有我国自主知识产权的金刚石导丝模，对我国模具产业和精密加工技术的发展具有重要的推动作用。   应用范围： 该产品应用于电火花线切割机床上使用，可以保证电火花线切割的质量和工件的加工精度。  

近年来，锂离子电池在智能电网、航空航天和军事储能等高能耗新能源领域的应用不断扩展，现有商用正极材料体系（包括层状结构的镍钴锰酸锂、尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂）的实际比容量已经接近各自的理论极限值，无法满足日益增长的能量密度需求。富锂锰基正极材料不仅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其较低的钴和镍含量能够有效降低电池的成本。本项目主要通过构筑缺陷来增强富锂锰基正极材料的电化学性能，实现高的首圈库伦效率、倍率性

微纳材料表面纳米包覆是提升其功能特性的关键，是微纳制造研究领域的国际前沿，亦是航空航天、能源环保、发光显示等领域的共用技术。纳米包覆面临着精度不可控、不均匀、不致密等“顽疾”。团队提出多场耦合克服微纳材料内聚力的离心流化策略，保障了微纳材料充分分散包覆后的固有物化特性；揭示离心压差补偿的动态包覆机理，实现了可控致密的均匀包覆层制备；提出行星流化的微纳材料分散策略，国际首创行星流化原子层沉积装备，批量一致性达99%以上。申报技术受到包括美国斯坦福大学、阿贡国家实验室等机构，美国、德国、加

       由山东金歌科学仪器有限公司自主研制的全新一代NMT产品- SRMT1208非损伤微测系统（植物吸收监测仪、NMT活体生理检测仪）具备测量多种关键元素的能力，如磷、硅、锌、铁、铜、铝、砷等。该仪器功能全面，可检测植物所需的全部大量元素、中量元素以及大部分微量元素，同时涵盖离子通量（flux）、离子浓度、分子通量（flux）、分子浓度及膜电位等多项检测项目。   金歌NMT功能特色：   （1）检测种类多；   （2）实时输出时间-flux通量数据，无需人工换算，可直接用于分析作图，保护了用户数据安全；   （3）提供个性化定制，免费升级测试软件。   可检测种类：   （1）大量营养元素：N (NH4+/NO3-)、P (HPO42-)、K+   （2）中微量元素：Ca2+、Mg2+、SO42-、Na+、Cl-、H+、SiO32-、Zn2+、Fe2+、Cu2+   （3）胁迫：Cd2+、Al3+、Pb2+、Ag+、Cr3+、AsO43-   （4）其它：Li+、NO2-   （5）分子：O2、H2O2、IAA、NO、葡萄糖等   测试样品：   根际/种子/花粉管、细胞/液泡、生物膜、藻类、活体组织、神经、骨骼、珊瑚等其它活体样品   测试项目：   （1）离子通量SRIET   （2）分子通量SRPT   （3）离子浓度aIon   （4）pH   （5）分子浓度aMol   （6）膜电位Potential   主要应用：   植物营养生理、逆境生理、植物与微生物互作、作物育种、生理调控机制等研究     附：非损伤微测技术（Noninvasive Microelectrode Technique，NMT）        非损伤微测技术NMT是离子/分子通量测试技术在国内的名字，其全称是非损伤微电极测试技术（Noninvasive Microelectrode Technique，NMT），能够原位、实时、非接触式测量生命活动中离子/分子通量（flux），可用于植物营养生理、盐胁迫和重金属胁迫等研究。        离子/分子通量测试技术（非损伤微测技术）经历了方法学建立、原型机、技术成熟、引进国内和全国产化。         1.方法学建立         1974年，美国麻省伍兹霍尔海洋生物学实验室科学家 Lionel Jaffe 和 Nuccitelli 提出了振动电极（Vibrating Probe：VP）概念，采用振动电极探针技术测量生物体中弱电流，为离子/分子通量（flux）测试奠定了方法学的基础。         2.原型机         1990年伍兹霍尔海洋生物学实验室开发出了基于离子振动电极技术的自动化离子/分子通量（flux）测试系统，在早期的文献中写做 SRIS系统。         3.SIET离子/分子通量测试系统标志着通量测试技术仪器的成熟         1994年，伍兹霍尔海洋生物学实验室员工 A.M.Shipley 和 E.Karplus 分别成立 Applicable Electronics Inc. 和 Sciencewares 公司，联合推出商业机 SIET通量测试系统，标志着离子/分子通量（flux）测试技术仪器的成熟。          4.SIET系统被引进国内          SIET通量测试系统被引进国内后，我国学者从2009年开始在离子/分子通量（flux）测试领域发表文章，当时文章明确标识使用的是SIET通量测试系统。（文献：Plant Physiology, February 2009, Vol. 149, pp. 1141–1153, NaCl-Induced Alternations of Cellular and Tissue Ion Fluxes in Roots of Salt-Resistant and Salt-Sensitive Poplar Species）          5.国产化           金歌仪器科研团队自2011年开始深耕非损伤微测技术（NMT）领域，为在国内推广的通量flux测试系统（非损伤微测系统）研制并供应核心组件。通过不断丰富NMT可测离子种类，成功摆脱了对国外的依赖。           在科技竞争白热化的今天，核心技术自主可控是企业可持续发展的底线和基石。2022年金歌公司成立以来，始终如一坚持创新发展理念，聚焦关键技术攻关，打破原装进口核心部件-国内组装的模式，推动构建自主可控的产业链体系。2025年8月7日，北京知识产权法院判决金歌公司在与某北京公司NMT专利侵权案中胜诉，金歌已逐步确立了其在NMT领域重要生力军的地位。          凭借扎实的科技实力，金歌公司成功打造出可靠的“NMT耗材-零部件-整机”一站式NMT供应平台。通过不断积累并整合自1990年离子/分子通量flux测试技术（即‌非损伤微测技术NMT）诞生三十多年以来已发表成果，我们建立了丰富的NMT大数据库，实现了NMT仪器国产化、自动化、智能化、信息化和标准化，进一步巩固和扩大了我国在NMT领域的优势。          金歌NMT测试界面实时输出flux通量数据，无需人工换算，可直接用于分析作图，保护了用户数据安全。用户购买仪器后，金歌NMT仪器测试种类和检测项目等仍会不断增加，金歌仪器将及时告知用户，郑重承诺免费为用户做测试软件升级。          金歌仪器将永远以客户需求为导向，精益求精，不断推出创新性产品和个性化解决方案，为加快实现高水平科技自立自强贡献智慧和力量。