1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
内部联通蜂窝状结构在组织工程、细胞培养、流体扩散、材料热扩散和表面科学等领域都具有十分重要的应用。采用两步刻蚀的方法，即各向异性与各向同性刻蚀相结合的方法，通过控制刻蚀参数（气体流量、释放周期、刻蚀功率、内部压强、硅材料刻蚀温度）在接近10 mm2面积上得到数量在2.2×105~9.5×105内，不同间距的硅材料内部联通蜂窝结构。电感耦合等离子体（ICP）使用的Bosch刻蚀法用于各向异性硅蚀刻，通过在氟碳等离子体下表面沉积聚合物，可以降低侧壁刻蚀效率，使结构具有垂直侧壁的高展弦比。在不施加保护气等离子体的条件下，ICP可以作为气体各向同性刻蚀设备，基于ICP的各向同性刻蚀能力相对于各向异性刻蚀具有硅刻蚀率高、可控性好、刻蚀选择性高等优点。该方法可以实现对硅基材料上的内联通蜂窝结构制备，能够精确地控制蜂窝结构的间距，均一性良好，并且可以快速大面积制备，具有步骤简单、制备周期短等优点。
各向同性刻蚀 蜂窝结构 内部联通 刻蚀速率 isotropic etching honeycomb structure interconnect etch rate 光学 精密工程
2023, 31(15): 2227
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
结合蜂窝结构传热机制与复合材料烧蚀机制，研究了蜂窝夹芯复合材料结构在激光辐照条件下的热响应。针对典型蜂窝单元，建立了细观导热及烧蚀理论模型。基于有限元软件热分析模块和二次开发程序构建了蜂窝夹芯结构的高温传热数值模型，考虑了热物性参数的非线性变化、树脂热解和纤维烧蚀过程。采用连续激光作为加载热源，设计并开展了大气环境中蜂窝结构的热烧蚀实验，获得了蜂窝结构的动态烧蚀特征。结果表明，蜂窝夹芯复合材料结构在激光功率密度为102 W/cm2量级时具有良好的抗烧蚀能力，数值模型能够较为准确地模拟激光加载蜂窝结构过程中的烧蚀温度和树脂、纤维的烧蚀情况，并获得较为真实的烧蚀形貌。
复合材料 蜂窝 激光 烧蚀 传热 composites honeycomb laser ablation heat transfer 强激光与粒子束
2023, 35(8): 081005
1 西南科技大学信息工程学院，四川 绵阳 621010
2 特殊环境机器人技术四川省重点实验室，四川 绵阳 621010
针对光纤传像束成像系统采集图像中存在的蜂窝效应伪影，通过分析蜂窝效应伪影产生机理及其相关特性，提出一种能够有效修复蜂窝效应伪影的方法。根据蜂窝效应伪影在图像中的分布特点，使用拆分法将原图拆分成多个子图，减小蜂窝效应伪影在图像中的宽度。然后使用一定大小的滑动窗口修复蜂窝效应伪影，在滑动窗口内，根据设计的自适应阈值机制，筛选出位于蜂窝效应伪影区域的像元，并计算该像元与窗口内像素值最大像元的像素值差值及欧氏距离，进而得到自适应补偿系数修复该像元，以滑动窗口遍历子图像完成对子图的全局修复。最后利用修复后的各子图完成重构，恢复成原始图像的尺寸。实验结果表明，与多种蜂窝效应伪影修复算法相比，所提方法在客观评价指标上有更好的表现，能更好地修复图像中的蜂窝效应伪影。
光纤传像束 蜂窝效应伪影 图像拆分 自适应阈值 自适应补偿系数 激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1210010
1 昆明理工大学材料科学与工程学院, 云南 昆明 650093
2 昆明理工大学机电工程学院, 云南 昆明 650500
3 昆明理工大学建筑工程学院, 云南 昆明 650500
为明确胞元尺寸对正六边形薄壁蜂窝结构的轴向承载与压缩性能的影响, 通过选区激光熔化制备了直径10 mm、高度15 mm、壁厚0.1 mm、填充胞元尺寸分别为1.75 mm、2.25 mm、2.75 mm和5 mm的正六边形18Ni300薄壁正六边形蜂窝试样, 通过轴向压缩分析了试样的承载能力和缓冲吸能性能。结果表明, 胞元尺寸2.25 mm以上的试样压缩时发生叠缩变形, 且随着胞元尺寸减小, 单位体积承载力和比吸能增加; 但当胞元尺寸减小到1.75 mm时, 试样压缩时发生外翻撕裂破坏, 单位体积承载力和比吸能显著下降。
选区激光熔化 薄壁正六边形蜂窝结构 静态轴向压缩 承载力 比吸能 selective laser melting thin-walled honeycomb structure static axial compression axial load capacity specific energy absorption
1 北京建筑大学机电与车辆工程学院，城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室,北京 100044
2 中国科学院力学研究所微重力重点实验室，北京 100190
凹角结构具有优良的减振降噪特性,可以有效衰减结构振动响应，蜂窝结构具有优良的力学特性并已经较为普遍地被应用到工程之中，因此凹角蜂窝的复合结构引起了学者们的关注。本文通过对内凹蜂窝结构分形设计，构建了一种新型声子晶体模型。基于有限元方法对分形凹角蜂窝结构进行分析，计算能带结构以及振动传输特性，分析结构的负泊松比特性以及结构分形对振动带隙的影响。通过改变壁厚和内凹角度等参数，以及在分形结构顶点处填充钢材，可以更好地对某些频段振动产生抑制。结果表明：分形结构仍具有负泊松比特性，分形结构在二阶结构产生的带隙更宽，壁厚和凹角角度的增加会导致结构振动带隙向高频区域转移，填充钢材会使带隙变宽。
分形 凹角结构 蜂窝结构 带隙 声子晶体 负泊松比 减振降噪 fractal concave angle structure honeycomb structure band gap phononic crystal negative Poisson ratio noise and vibration reduction
红外与激光工程
2021, 50(10): 20210050
1 上海大学通信与信息工程学院, 上海 200444
2 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所中国科学院生物医学检验技术重点实验室, 江苏苏州 215163
3 中国科学技术大学, 安徽合肥 230026
蜂窝状堆叠数字 PCR微阵列图像因其单元尺寸小、排列密集, 荧光信号弱、易受光照分布影响, 其样点定位困难。本文提出基于形态学的三通道蜂窝状荧光图像样点寻址算法及数字 PCR图像信息提取方法, 可快速、有效识别微阵列芯片生物分子微弱荧光信息。针对不同通道的图像进行配准融合, 使样点排布整齐;通过增强图像的对比度, 选取有效样点区域, 基于改进伽马算法去除光照分布不均效应;基于形态学算法识别紧密排列的样点, 对微阵列芯片图像进行单元分割定位, 提取每个样点的生物分子荧光信息。该方法处理一块约 20 000个微单元的数字 PCR芯片图像的耗时小于 20 s, 与现有定位方法相比, 处理相同数量样点的图片的耗时可减少 3个数量级;通过与标准仪器结果相比, 样点识别精度达到 98. 79%, 生物信息计算结果(拷贝数)准确度达到 96. 2%。本文提出基于形态学的三通道蜂窝状荧光图像样点寻址算法及数字 PCR图像信息提取方法克服了蜂窝状堆叠式微阵列荧光图像样点难以定位的问题, 与现有方法相比, 能够快速、准确地获取生物信息, 为数字 PCR技术的精准定量奠定了基础。
生物荧光图像 蜂窝状 数字 PCR微阵列 寻址定位 bioluminescent image honeycomb digital polymerase chain reaction microarray spot addressing 光学 精密工程
2020, 28(12): 2745
1 安徽大学 电气工程与自动化学院, 安徽 合肥 230601
2 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
超弹性杆折展机构越来越多地用于太空卫星光学薄膜的收拢和展开的支撑问题, 为了避免使用过程因应力集中而产生疲劳裂纹, 延长超弹性杆使用寿命, 对复合材料超弹性杆在不同铺层方式下压扁后的应力进行了研究。首先, 建立单元胞豆荚蜂窝杆有限元模型, 使用显示动力法对其压扁后的状态进行非线性数值分析。然后, 通过复合材料单元胞豆荚蜂窝杆的不同铺层方式下的压扁后最大应力值建立径向基函数代理模型。最后, 利用ISIGHT软件中的遗传算法进行铺层角度的优化。仿真结果表明, 在铺设层数为两层的情况下, 两层应力对应有限元结果与径向基函数(RBF)结果之间的误差都小于9.95％。复合材料单元胞豆荚蜂窝杆采用两层铺层时, 最优的铺层角为第一层、第二层分别为81.962°和82.671°。
可折展机构 单元胞豆荚蜂窝杆 径向基函数 优化 deployable mechanism single lenticular honeycomb boom radial basis function optimization 光学 精密工程
2020, 28(10): 2244
1 中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300
2 中国民航大学航空工程学院, 天津 300300
提出一种基于蜂巢模型标记的飞机蒙皮小型损伤定位方法。利用CCD相机对损伤位置进行拍摄,对图像进行亚像素级处理,得到相应的坐标。根据调和共轭原理和交比不变性可求得实际位置,实现准确定位。以实际位置为主基点进行基点传递,利用蜂巢模型的无限性与无缝隙外扩性,实现蒙皮表面其他基点与主基点的特征对比与匹配,进而完成对飞机蒙皮破损的精确检测。对比实验的结果表明:本文方法具有精度高、耗时少等特点,能有效地实现飞机蒙皮的破损检测定位。
相干光学 飞机蒙皮破损检测 蜂巢模型 交比不变性 无限与无缝隙外扩性 激光与光电子学进展
2019, 56(18): 180301
1 上海复合材料科技有限公司，上海 201112
2 南京诺威尔光电系统有限公司，江苏南京 210046
碳纤维网格面板蜂窝夹层结构具有质量轻、比强度高、比刚度大等优点，在航天产品上得到了广泛的应用。由于碳纤维网格面板蜂窝夹层结构的特殊性，传统无损检测手段对其粘接质量检测效果不理想。本文采用锁相红外热波法对其粘接质量进行检测，模拟了 3种类型的缺陷：网格面板碳纤维之间的脱粘、网格面板与蜂窝之间的脱粘、聚酰亚胺薄膜与网格面板之间的脱粘，并进行了检测。试验结果表明锁相红外热波法对上述 3种类型的缺陷取得了良好的检测效果。
锁相红外热波法 碳纤维网格面板 蜂窝夹层结构 粘接质量 lock-in infrared thermal imaging technology carbon fiber mesh panel honeycomb sandwich structure bonding quality
