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受自然界的启发，人们通过结合材料表面微纳结构和化学组成成分制备了超疏水表面。超疏水表面在自清洁涂层、抗雾/结冰/雪、金属防腐蚀、水下减阻、细胞工程、油水分离、液滴操纵、芯片实验室等方面具有广泛的应用。然而，在真实生活中，液体并不局限于水，常常以更复杂的液态形式存在。能够排斥复合液体的材料表面称之为超疏液表面。制备超疏液表面要比超疏水表面更难，主要由于所要排斥的液体拥有更复杂的化学组成、粘性、浓度以及更低的表面张力。截至目前，可以排斥不同复合液体的超疏液表面依然很少被报道，制备这样的表面依然存在着巨大的挑战。本文通过飞秒激光微纳加工技术，在聚四氟乙烯(PTFE)样片表面构造粗糙结构，制备了PTFE超疏液表面，并利用该表面实现了液油分离。论文的主要研究如下： 1、以表面能低、本征疏水的PTFE材料作为基底，利用飞秒激光“弓”字型扫描方式，在样片表面通过构造微纳粗糙复合结构，获得了具有良好超疏水性能的PTFE样片。通过改变加工参数，影响材料表面的形貌结构，实现了PTFE样片表面粘滞性从极低到极高的调制，可应用于液滴的无损转移。 2、同样利用飞秒激光的逐行扫描方式制备了PTFE超疏液表面。PTFE超疏液表面对多种复合液体包括牛血清蛋白溶液、可乐、葡萄糖溶液、橙汁、氯化钠溶液、酸/碱性溶液表现出良好的排斥性。飞秒激光微纳制备的PTFE超疏液表面对表面张力和浓度在较大范围内变化的复合溶液具有普适性。进一步通过摩擦实验、温度测试、腐蚀性测试验证了飞秒激光微纳加工的PTFE超疏液表面具有良好的稳定性，为超疏液表面解决实际生活中的问题提供了更多的应用场景。 3、结合飞秒激光烧蚀技术与机械钻孔技术，在PTFE超疏液表面制备微通孔阵列。本文设计了一种液油分离的装置，将其作为液油分离装置的分离膜，实现了复合液体与油混合物的分离。分离后的液体与油互不掺杂，分离效率高。同时通孔阵列周期越小，分离速率越快。 关 键 词：超疏液；飞秒激光；复合液体；液油分离 论文类型：应用基础

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超疏液 飞秒激光 复合液体 液油分离

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自然界经过数十亿年的进化，许多动植物材料表面表现出形态各异的特殊润湿现象，如荷叶的超疏水性及自清洁特性，玫瑰花瓣极高的水粘滞性，水稻叶的各向异性浸润及滚动，蝴蝶翅膀的方向性粘滞，鱼鳞的水下超疏油及抗油特性等。这些特殊的润湿性表面在防水、防油、抗冰冻、防锈、减阻、芯片实验室、细胞工程、微流控、液滴操作、油水分离等领域均有着十分重要的应用。研究表明，润湿性主要由固体表面的化学组成和微观几何形貌共同决定。仿照自然界中的这些特殊润湿表面，多种微加工工艺被用来构建各种人造润湿性的表面。然而，目前常用的润湿性表面调控技术仍存在较多限制与不足，如操作过程复杂、成本过高、限定于某些材料、难于对不同材料表面润湿性进行复杂而精细地调控，等等。飞秒激光微加工作为一种新型的微纳制造技术近年来发展迅速，并逐渐成为一种调控材料表面润湿性新的有力工具。本文根据飞秒激光微加工的技术特点并结合大量的实验和理论研究，提出了一种飞秒激光直接构造微米/纳米复合粗糙结构的制备方法，基于该方法先后在不同类型材料体系(半导体、聚合物、金属、电介质等)上设计、构建出不同微纳特征的粗糙微结构、微图案及阵列，并实现了多种功能的特殊润湿性表面，包括超疏水、水下超疏油、可控粘滞性、各向异性润湿、智能可控润湿性等，对发展特殊浸润性功能表面的应用具有重要指导意义。 论文的主要研究内容如下： 1. 利用飞秒激光逐行扫描构建微米/纳米两级粗糙结构方法。在本征亲水的Si表面和本征疏水的PDMS表面上实现了超疏水性和极低粘滞性。水滴接触角分别达到158°和157°，滚动角分别为4°和1°。并通过对比实验澄清了薄片状超疏水小船大负载能力主要得益于上表面边缘处的超疏水性。 2. 首次成功利用飞秒激光仿生构建了水下超疏油表面。粗糙微山阵列状的Si表面浸入水中时，二氯乙烷油滴的油接触角为159.4°，而油滚动角仅为0.5°；利用飞秒激光在石英玻璃表面上诱导出纳米粗糙表面结构，该表面在水下不但具有超疏油性，而且表现出高的透明度，可见光范围内透光率大于90%。此外，基于水下超疏油微图案结构，设计实现了一种无蒸发缺陷液滴透镜阵列。? 3. 利用飞秒激光在多种材料上实现了可控粘滞性，在研究中发现了几种调控粘滞性的新机制和方法：包括微气囊效应、疏水/超疏水图案结构、调节接触状态等。在这些制备出的表面上，粘滞力可以从极低调控到极高。这种可调粘滞性表面可用于对液滴、流体进行微操纵，如可控液滴反弹、液滴快速定位、微液滴无损转移等。 4. 利用飞秒激光逐行扫描方法，在PDMS表面上制备了一种平行微沟槽阵列结构，该结构仿照了水稻叶表面，具有类似的各向异性浸润和各向异性滚动特性。沿平行和垂直微沟槽方向，水滴接触角差异最大达到18.3°，滚动角最大差异45°。利用同样的研究思路进而实现了水下各向异性油浸润性。另外，通过超疏水/普通疏水的三角形阵列图案的设计和飞秒激光微加工，获得了与蝴蝶翅膀类似的方向性粘滞性。 5. 利用飞秒激光在金属钛和锌材料表面分别实现了智能可控润湿性。发现飞秒激光烧蚀Ti和Zn的过程中会同时发生粗糙微结构形成和被氧化两种现象，制备出的粗糙TiO2层显示出智能可调润湿性。通过交替的UV照射和黑暗存储，所制表面可以在超疏水—超亲水，水下超亲油—水下超疏油之间多次反复可逆转换。另一方面，利用所制备出的水下超疏油表面结合水溶液浓度调节，首次实现了水下油滴的无损输运。

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超疏水 仿生制造 飞秒激光 润湿性 水下超疏油

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随着空间事业的不断发展，空间任务越来越多，有些星上图像采集设备要求向信道中传送高分辨率、高数据率的图像数据，CCSDS图像压缩算法适合硬件实现并且适合空间图像压缩。FPGA是集成电路的一种，具有通用性好，速度快，集成度高的特点，可作为实现CCSDS算法的硬件平台。本文研究了CCSDS协议的有关规定，然后实现了一种行扫描方式下的CCSDS编码器结构。为了克服离散小波变换的硬件实现带来的大量数据存储，给出了不使用片外存储器的设计方案。首先，本文说明了CCSDS算法有良好的硬件实现适应性。其次，利用Verilog HDL硬件描述语言对算法的功能进行描述，将设计结构分为离散小波变换、小波系数缓存和编码器三个部分。离散小波变换模块采用了基于行的变换的设计思想，无需等待原始图像数据全部输入完毕即可进行变换运算，使得行、列变换同时进行。小波系数缓存模块使用了对小波系数进行格式转换的方法，将逐行扫描的数据格式转变为易于编码的分块格式；对存储单元进行复用，实现了一种循环读写的小波系数存储方案。编码器模块采用串行结构实现，包含了直流系数编码、交流系数编码等所有编码阶段。最后，本文在开发板上验证了整个系统，通过与软件解码结果相对比说明了设计的正确性，然后统计了设计的资源利用情况，并对处理速度和空间消耗两方面进行了性能分析。结果表明，系统的时钟频率能达到40MHz，可以满足多数情况下的图像处理的需求。系统在离散小波变换和小波系数缓存模块使用了较少的存储中间数据的代价，虽然对片内存储空间的消耗较多，但节省了外部存储器，也提升了数据处理速度。

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CCSDSFPGA离散小波变换位平面编码

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网络摄像机是一种兼具网络传输特性和传统安防监控特性的摄像机。本文实现了逐行网络摄像机的开发和实现，内容包括视频采集和前端处理、实时图像增强算法的研究与实现、嵌入式Linux视频采集驱动的实现三大部分。视频采集和前端处理在FPGA上实现，这部分工作主要是产生CCD图像传感器的垂直扫描、水平扫描、复位等驱动时序，并对CCD的输出做一系列前期图像处理。这些处理包含了Bayer色彩插值、色彩空间转换、自动白平衡、自动增益控制、图像滤波增强等算法模块，同时也有负责与FPGA外设进行交互的控制模块，如AD芯片控制器和I2C控制器等。实时图像算法的研究与实现主要研究了Retinex算法，并讨论该算法几种实现的方式。鉴于Retinex算法有很大的计算量，本文早期在PC端实现Retinex算法；后来尝试结合片外SDRAM在FPGA内部实现，并重新编写了针对性较强的SDRAM驱动。嵌入式Linux视频采集驱动的实现部分则完成了在嵌入式Linux下逐行YUV视频数据的采集驱动的编写，采集的对象是FPGA送出的YUV422视频数据。视频采集驱动作为字符型设备驱动进行编写，并在此基础上按照V4L2接口标准拓展了驱动的功能。本文对以上三大部分都进行了较好的实现，完成了在现有硬件平台下进行逐行网络摄像的开发和实现，并且将Retinex算法应用到逐行网络摄像机中实现视频图像的实时增强处理。

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FPGA图像处理Linux设备驱动

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在化石能源资源濒临枯竭、环境污染日益加重的情况下，寻找可替代的清洁能源已成为人类发展面临的紧迫任务。利用太阳能光解水制氢，能够将能量密度低、不易存储和输运的太阳能转变为能量密度高、能存储、易输运的氢能，因而是解决能源和环境问题的一条优良途径。光解水制氢研究的关键在于开发可见光响应的高活性的半导体光电极材料。本文首先建立了薄膜电极制备、光电性能表征、动力学研究三个方面完备的实验系统，然后制备了ZnIn2S4、Cd1-xZnxS、BiVO4可见光响应的光电极材料，从光电化学分解水的要求出发，对其性质进行了系统的研究。本文的主要研究内容及结论如下： 首先设计并成功研制了超声喷雾热分解薄膜沉积系统。该系统使用压电陶瓷作为前驱液雾化装置，利用特殊设计的雾化室结构获得均匀分布的前驱液雾滴，通过线状喷嘴步进逐行扫描方式喷射到加热的基质上成膜。实验系统实现了对镀膜参数全面的控制，包括前驱液深度、基质温度、喷嘴运动速度等，能得到较大面积的、性能优良的薄膜，镀膜均匀、可重复性好。设计最高温度为600 ℃，最大沉积面积为7×7 cm2。该系统适合硫化物、氧化物半导体薄膜的沉积，并方便进行掺杂，为进一步制备和筛选高效、稳定、廉价的半导体光电极奠定了基础。 基于虚拟仪器思想设计并研制了一套光电化学分析测试系统，包括光电流作用谱图测试系统和强度调制光电流谱测试系统。光电流作用谱图测试系统利用高压短弧氙灯作为全波谱光源，通过光栅单色仪获得单色光，使用锁相放大技术在恒电位仪控制电势的条件下对光电极进行光电化学转化效率测试，采用Labview编制的软件对系统进行控制和数据采集，具有波长范围宽、自动化程度高、运行平稳、数据可靠等优点，能用于考察半导体电极对不同波长光的利用程度，为光解水效率的提高指明方向，还可测试不透明基质上薄膜的带隙。强度调制光电流谱测试系统使用发光二极管作为光源，利用周期交流激励获得正弦调制的入射光，通过测量不同调制频率下光电流的幅值和相位，进一步进行计算和拟合可得到界面载流子的动力学信息，便于进行半导体/电解质界面电荷传递过程的深入研究。 利用自制的喷雾热分解薄膜制备系统，本文从多元硫化物入手制备了立方尖晶石ZnIn2S4薄膜。研究发现，400 ℃基质温度下通过前驱液中使用适量过量的CS(NH2)2能控制薄膜呈现单相的立方尖晶石结构，样品在可见光区具有良好的光吸收，带隙大约是2.4 eV，在0.1 M Na2SO3溶液中平带电位约&#87220.04 V vs.SCE，薄膜具有优良的光电化学转化性能，并且光电流响应能够通过在电解质溶液中加入Na2S进一步增加，在0.1 M Na2SO3+0.1 M Na2S的混合溶液中，400 nm处0.3 V vs.SCE 电极电势下IPCE达到了30%，260 mW/cm2氙灯光照射下，光电流达到了1.8 mA/cm2，电极具有较好的稳定性。但其导带电势不够负，需进一步研究控制带边电势的途径。 利用宽窄带隙半导体构成固溶体能调节带隙、控制导带电势的特点，使用喷雾热分解制备了Cd1-xZnxS薄膜。Cd1-xZnxS呈现六方纤锌矿结构，晶格常数跟固溶体的组成x呈线性关系，随着Zn含量的增加，薄膜光学带隙从2.45 eV逐渐变为3.72 eV，跟固溶体的组成x呈线性关系，固溶体导带边位置逐渐变负，还原水产氢的能力逐渐增强。在300 ℃基质温度下制备的薄膜表现出良好的光电化学转化能力。Cd0.8Zn0.2S在其良好的光吸收区内具有最高的光电化学转化效率IPCE，但是由于带隙增大，其光响应截止波长也有所蓝移。而CdS则具有在白光照射下最大的光解水效率，在0.1 M Na2SO3 溶液中0.7 V偏压下，效率为0.95%。 最后，氧化物具有较高稳定性，本文利用金属离子参与价带形成制备了可见光响应的氧化物BiVO4薄膜。薄膜呈现单斜白钨矿结构，由于Bi 6s轨道参与价带形成，其光学带隙较窄，约2.65 eV，平带电势&#87220.61 V vs.SCE。纯的BiVO4在0.5 M Na2SO4溶液中光电转化效率不高。通过H2还原处理引入更多的氧空位，增大了其载流子浓度，可使光电化学转化效率得到很大的提高。进一步通过W6+掺杂提高载流子浓度、促进电荷分离和传输，将IPCE在一个很宽的波长范围内提高到了10%以上。利用结构相似固溶体在能带结构调控方面的作用，用Y部分取代Bi制备了 Bi1-xYxVO4固溶体，提高了其导带电位，获得了优良的光电化学转化性能。在模拟太阳光照射下，1.0 V偏压下W-BiVO4具有最高的光解水效率，大约0.15%。

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光电化学 喷雾热分解 氢能 太阳能

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一种工业射线检测底片数字化装置，包括外壳以及设置在外壳内的上基板和下基板，在上基板的左端安装条形光纤冷光源，右端安装图像采集装置，中间安装送片装置，送片机构右侧安装遮光装置。所述的条形光纤冷光源、送片装置、遮光装置通过控制卡与计算机相连，图像采集装置通过图像采集卡与计算机相连，同时与控制卡相连。本发明采用线阵CCD采集图像，解决了面阵CCD失真大以及点扫描方式速度慢的问题；采用条形光纤冷光源作为背景光，解决了普通光源发热严重、光强不足以及不均匀等问题；采用送片装置夹持底片运动实现了对底片的逐行扫描，通过送片装置上的圆光栅传感器信号对图像采集卡进行外同步控制，保证了线阵CCD的副扫描精度。

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数字化高清平板电视具有图像清晰度高、接口资源丰富、电磁辐射小、外观时尚等优点，日益受到消费者的青睐。本文研究高端数字化高清平板电视开发中的几个关键问题，主要工作包括： 详细分析了高清平板电视的市场需求和方案的设计要求，对主流视频处理芯片的性能进行了比较，根据设计要求和芯片性能对比，选用Genesis公司的FLI8668芯片作为主处理芯片；详细介绍了FLI8668芯片的功能特性和系统的硬件电路；详细分析了软件设计规格书，完成了系统软件的设计，开发了功能丰富、操作方便的OSD(On Screen Display)菜单，并设计了适合中国电视制式的搜台程序；介绍了隔行扫描和逐行扫描的特点，较系统的研究了隔行变逐行问题，改进并实现了运动自适应隔行变逐行算法，得到了比较理想的仿真结果；介绍了4:3和16:9幅型比的特点，对幅型比转换处理进行了详细分析，用Matlab语言实现了可变区域非线性缩放算法，并将该算法应用于实际生产中，提高了开发效率。 本文设计的系统已通过了电磁兼容测试、老化测试以及电性能测试，各项指标都符合国家要求，系统的控制软件运行稳定，在各种测试信号和测试条件下表现良好，系统已用于实际生产中。

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数字化电视高清电视平板电视隔行变逐行幅型比转换

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本发明涉及一种数字处理逐行扫描电视信号的去隔行方向相关运动补偿方法，采用运动补偿去隔行技术。其特征在于：包括基于有消噪功能的方向相关滤波、基于象素的运动估计、滤波补偿模型方法步骤。本发明方法提供了一种低成本、硬件易实现，有良好的边缘保护和运动斜边保护的性能和消锯齿能力的方案，用本发明方法可以很好的消除运动失真，边缘闪烁，行间闪烁，图像垂直清晰度降低，和爬行等现象。具有实时、高效的特点。产品化后的性价比远高于现有国际品牌的产品。

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数字视频处理技术被广泛应用于数字电视系统、桌面视频系统和多媒体系统环境中。由于数字视频处理具有实时性和并发性的特点，实时数字视频处理算法和相应的硬件实现得到了广泛的重视。在总结和学习前人工作的基础上，本文针对数字视频处理中视频格式转换算法进行了深入的研究。着重讨论了基于VLSI的数字视频处理算法的硬件实现。 视频格式转换算法包括对视频扫描格式的转换和视频显示格式转换两方面的研究。论文主要针对帧频提升算法的应用及其硬件实现，提出一种基于插补的帧频提升算法—75Hz逐行扫描格式转换算法。作者所提

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VLSI 视频扫描格式转换 视频显示格式转换 硬件实现

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本发明公开了一种数字化处理电视中逐行扫描电视信号的自适应补偿算法。该算法可以很好的消除在将现行隔行扫描电视信号转换为逐行扫描电视信号的过程中所产生的运动失真。该算法包括运动与静止检测算法、运动补偿算法和边缘厂保护算法三个部分。运动与静止的检测算法的目的是将电视信号中的运动物体和静止物体区分开来；运动补偿算法是对电视信号中运动物体进行有效的补偿，使得补偿后的图像的主观效果得到大大改善；边缘场保护算法是为了弥补在运动部分与静止部分边缘的交界处所产生的补偿失真。本发明在算法的实现上充分考虑硬件的实现因素。算法中的运算都只涉及运算速度最快的加法和减法运算，所以使得该算法具有实时、高效的特点。

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