铜离子催化作用下单晶硅表面微纳结构的制备

目的结合金属辅助化学湿法刻蚀原理,在单晶硅表面制备高效减反的微纳米结构。方法以单晶硅为基体,提出用Cu2+作为催化剂,在单晶硅表面两步化学刻蚀出多种微纳米减反结构,运用SEM/AFM表面分析方法,对形成的表面形貌和制备工艺进行分析,详细介绍了铜离子催化作用下制备微纳米结构的机理、反应现象及主要影响因素。结果铜离子催化化学刻蚀单晶硅可以得到均匀分布的微纳米减反结构,所得结构在250~800 nm范围内的反射率达5%以下。结论与传统碱性刻蚀技术相比,该技术所得微结构具有更高的光吸收率,并且稳定性好,容易控制。     

金属铜辅助化学刻蚀对金刚线切割多晶硅的制绒

针对金刚线切割多晶硅制绒后硅片反射率偏高且切割纹难以去除等问题,采用酸性湿法刻蚀预处理再结合低成本的金属铜辅助化学刻蚀成功的实现了金刚线切割多晶硅片表面制绒。研究结果表明,随着酸腐蚀时间的增加,金刚线切割多晶硅片表面切割纹、粗糙度得到有效改善。倒金字塔结构的引入能够有效地降低硅片表面的反射率。当酸洗预处理时间为5 min,金属铜辅助化学刻蚀时间为15 min时,样品表面倒金字塔结构最均匀,且在300~1 100 nm波长范围内,获得最低平均反射率3.32%。同时优越的减反效果和去除切割纹能力,使得制绒后金刚线切割多晶硅片有望实现高效率的太阳能电池。     

单晶硅基体上紫外光诱导生长铜微纳米粒子薄膜

在室温条件下,通过紫外光诱导方法在n型单晶硅表面成功地生长出长度为1.66~5.80μm、宽度为1.27~2.84μm、厚度在0.24~0.73μm之间变化的铜微纳米粒子。采用电子显微镜(SEM)观察到单个铜粒子表面光滑,并出现数个粒子聚集形成K或L形状的粒子团聚现象。结果表明:改变溶液组分浓度和光照时间可以对铜微纳米粒子的尺寸和致密度进行有效控制。以浓度为1×10-5 mol/L罗丹明6G作探测分子,对制备的铜微纳米粒子薄膜的表面增强拉曼散射(SERS)效应进行研究,证实经过铜微纳米粒子修饰后的单晶硅对其表面吸附分子的拉曼信号确实有增强作用,这是因为铜粒子的表面等离子体效应能够提高样品表面局域场的电场强度。     

采用盐类化学试剂制备减反增透膜层的方法

目的提高玻璃表面透过率,降低反射率。方法利用Na2CO3、Na3PO4、Na4P2O7等碱性盐溶液对预处理后的玻璃表面进行化学刻蚀,通过对玻璃表面纳米多孔结构以及断面刻蚀膜层厚度的调控,实现入射光在传递过程中产生相消干涉,从而实现对光的减反增透效果。通过扫描电镜观察玻璃腐蚀前后的表面形貌和断面膜层厚度,用紫外可见分光光度计对刻蚀前后玻璃的透过率和反射率进行测试,进一步调节刻蚀液浓度、刻蚀时间和刻蚀温度,优化实验方案,提高透过率。结果经碱性盐溶液刻蚀后,在24 h、92℃条件下,玻璃表面形成宽为20~30 nm,膜层厚度为100~150 nm,分布比较均匀的细微沟槽,玻璃的平均透过率达97.53%,比原始基片提高了7%,刻蚀前后成分基本无变化,光学性能得到了有效提高。固定刻蚀液浓度和刻蚀时间,样品透过率随刻蚀温度的升高,先增大后降低;固定刻蚀液浓度和刻蚀温度,样品透过率随刻蚀时间的增加,先增大后降低;固定刻蚀时间和刻蚀温度,样品透过率随刻蚀液浓度的增加,先增大后降低。结论采用碱性盐类化学试剂对玻璃表面进行化学刻蚀,使玻璃表面的化学键断裂,在玻璃表面形成疏松膜层结构,当刻蚀层达到一定厚度时,一定波长的光在玻璃表面发生相消干涉,可有效提高玻璃表面的透过率,降低反射率。     

金刚石表面刻蚀技术研究进展

金刚石在量子信息器件、生物医药载体、生物传感器、高性能电极、化学分析传感器等诸多领域具有极大的应用价值,金刚石表面刻蚀技术是实现金刚石上述应用的关键所在。常见的刻蚀技术可根据刻蚀剂的物相分为熔盐刻蚀、气相刻蚀、固相刻蚀、气固相混合刻蚀、等离子刻蚀这五类。熔盐刻蚀是利用熔融离子化合物对金刚石表面进行刻蚀,其刻蚀机理主要是金刚石碳原子的氧化过程。气相刻蚀是利用氧气等气体与金刚石表面发生气固相反应,使金刚石中的碳原子变为一氧化碳等气态化合物进行刻蚀。气固相混合刻蚀主要是以镍、铂等金属作为催化剂,辅助氢气与金刚石发生反应生成甲烷,对金刚石进行刻蚀。固相刻蚀是金刚石合成的逆过程,主要用铁钴镍及其盐对金刚石进行催化石墨化,之后这些金属作为溶剂形成碳固溶体对金刚石进行刻蚀。等离子体刻蚀主要是用氧等离子体与金刚石发生反应,对金刚石进行刻蚀。文章着重介绍了这五种金刚石表面刻蚀技术近年来的研究进展,简要分析了这些技术的原理、特点与用途。     

时效温度对化学刻蚀304不锈钢超亲水稳定性的影响

目的利用化学刻蚀、化学氧化方法在304不锈钢表面制备微纳米结构并实现超亲水性质,改变时效处理温度,研究亲水表面润湿性的稳定程度。方法以2 mol/L的FeCl_3溶液、HCl、H_2O_2按照15:1:1的体积比混合得到刻蚀溶液,氧化液采用CrO_3与H_2SO_4的混合溶液。刻蚀完成后,通过接触角测量仪(OCA15EC)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及自带的能谱仪(EDS)表征试样表面的接触角、微纳米级表面形貌及试样表面元素,并分析不同处理条件下润湿性的变化规律。结果在本征润湿角为45°左右的304不锈钢基体上,通过化学刻蚀、化学氧化的复合处理方法可以获得超亲水表面。常温条件下,试样能够维持一定时间的超亲水性质。高温时效处理后,超亲水表面的润湿性发生变化,经400℃时效处理后,重新获得超亲水特性。结论该方法较易在耐腐蚀基体不锈钢表面制备微纳米结构,对基体表面润湿性产生影响。     

基于飞秒激光的钛合金表面微纳米结构制备及腐蚀行为

针对海洋深潜服役环境下钛合金的腐蚀失效问题，采用飞秒激光刻蚀技术在钛合金表面制备耐腐蚀的超疏水微纳米结构。探究激光刻蚀参数对表面刻蚀结构的影响机理，以及表面微纳米结构、疏水性能、盐雾腐蚀行为的交互影响规律。结果表明，飞秒激光刻蚀的表面微纳米结构，可以将空气截留于结构之间，并在液体与基底材料之间形成空气保护膜。气膜结构对液体的支撑力提高了钛合金表面的疏水能力，减少了腐蚀性液体与基底金属的接触时间与接触面积，进一步提高钛合金的耐腐蚀性能。     

表面刻蚀粉末冶金黄铜的微观结构和防结蜡性能研究

目的原油运输中管道结蜡问题严重影响正常的生产运输,通过表面刻蚀的方法,获得具有超亲水性的粉末冶金黄铜表面,从而达到良好的防结蜡性能。方法结合不同刻蚀时间下的表面微观结构、粗糙特性和润湿特性,对防结蜡性能进行系统研究。采用Fe Cl3溶液,刻蚀粉末冶金黄铜试样不同时间,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对刻蚀表面的成分和形貌进行分析,利用接触角测量仪测量样品表面润湿性,最后对刻蚀后的黄铜进行防结蜡测试。结果表面刻蚀过程实为"脱锌",在试样表面形成了微纳米级颗粒粗糙结构。随着刻蚀时间的延长,最大轮廓高度Rz相应增大。与未刻蚀试样相比,刻蚀后的试样表面水接触角大幅降低,防结蜡性能显著提升。当刻蚀时间为120 min时,水接触角远小于30°,粉末冶金黄铜表面达到超亲水状态,防结蜡测试后,约80%表面为干净的原始表面,几乎没有石蜡吸附。结论刻蚀表面的亲水成分和棱锥状铜单质颗粒组成的微细粗糙结构,使得其在水相中形成稳定的"水膜",这层水膜可以有效阻止油相中石蜡的析出与沉积,达到良好的防结蜡效果。     

纳秒-飞秒激光复合制备TC4合金高抗反射表面

单一使用皮秒或者飞秒激光器制备抗反射表面已经可以取得很好的结果,但是其加工效率不满足工业生产的需要。提出利用纳秒-飞秒激光复合制备金属高抗反射表面的方法和思路。使用纳秒、飞秒两种激光器对TC4钛合金表面进行刻蚀处理,在金属表面引入微纳米结构,使其在电磁波波长200～2 500 nm间的反射率降低至2%以内并分析作用机理。首先利用纳秒激光在TC4钛合金表面刻蚀槽状结构,该结构在波长200～2 500 nm的最佳平均反射率为5.76%,飞秒激光扫描后,平均反射率降低至3.5%。然后,构造复合结构在槽状结构基础上进一步优化金属表面的抗反射性能,在波长200～2 500 nm的最佳平均反射率为1.87%。最后,制备复合结构,制备中其表面形貌呈现出对齐状和蜂窝状两种微孔排列方式。设计并验证控制激光脉冲起始位置方法,可制备出稳定蜂窝状结构,蜂窝状孔排列的复合结构在波长200～2 500 nm的最佳平均反射率可降低至1.63%。单位面积内蜂窝状复合结构的有效表面占比更大;同时可以附着更多的纳米颗粒,由于纳米粒子的激元共振效应,加之纳米颗粒团尺寸不同,其吸收峰从单一频率拓宽至一个频率带,金属表面的光吸...     

表面形貌对TB8钛合金/环氧树脂粘结性能的影响

目的 通过在基体表面构建出不同的微观结构,提升环氧树脂与钛合金的粘结强度。方法 采用等离子刻蚀设备,调节气体流量、处理时间、RF功率对TB8钛合金样品进行处理,并对处理过的样品进行单搭接接头制备。利用扫描电子显微镜对等离子刻蚀前后的样品表面形貌进行研究,利用XPS分析刻蚀前后样品表面化学成分变化,利用水接触角表征样品表面润湿性,利用电子万能试验机对等离子刻蚀处理后的样品与环氧树脂的粘结强度进行研究。结果 采用CF4对样品进行等离子化学刻蚀,不同的刻蚀时间形成了不同类型的表面微观结构,其中圆粒状结构比蜂窝坑结构表面的粘结性能优越。采用Ar对样品进行等离子溅射刻蚀,样品表面形成纳米级片状微坑结构。等离子刻蚀后,基体表面更加洁净,活性增强,水接触角基本降为0°,润湿性显著提升。等离子刻蚀处理前,样品与环氧树脂的粘结强度为5.32MPa;等离子刻蚀处理后,样品与环氧树脂的粘结强度可达23.25 MPa,而经喷砂后,等离子刻蚀处理的样品与环氧树脂的粘结强度高达30.29 MPa。最佳等离子刻蚀处理工艺参数为RF功率540 W,气体流量120 mL/min,处理时间50 min,喷砂后最佳等离子刻...     

GaSb半导体材料表面的化学蚀刻研究进展

提高GaSb材料表面的湿法化学蚀刻速率以及调控蚀刻后GaSb材料的表面形貌,对增强锑化物激光器器件的性能具有重要意义。总结了各种蚀刻体系蚀刻GaSb材料的速率和蚀刻后的表面形貌,及近年来关于GaSb半导体材料化学蚀刻的最新研究进展,关注的体系包括无机酸蚀刻体系、有机酸蚀刻体系、混酸蚀刻体系及其他蚀刻体系,对各蚀刻体系的蚀刻速率及蚀刻后的表面形貌进行对比,指出了各蚀刻体系优点与不足及后续的研究方向,归纳总结各了蚀刻体系中主要组成的作用。综述发现,可用于GaSb化学蚀刻液中的氧化剂主要有H_2O_2、HNO_3、I_2、Br_2、KMnO_4,络合剂(或溶解剂)主要有酒石酸、HF、HCl、柠檬酸等,缓冲剂(或稀释剂)主要有HAc和H_2O等。盐酸、双氧水和无机酸组成蚀刻液的蚀刻速率适中,蚀刻表面较为光滑;硝酸、氢氟酸组成的蚀刻液具有蚀刻速率快的优点,可通过添加有机酸或缓冲剂改善蚀刻效果,具有很大的发展前景;磷酸体系则具有蚀刻后台面平整、下切效应小等优点,但蚀刻速率较慢,蚀刻后表面较粗糙;硫酸体系蚀刻后表面较粗糙,不适于GaSb的湿法蚀刻;单一的有机酸和碱性体系的蚀刻速率较慢,但由于具有很强的蚀刻选择性,被广泛应用于GaSb基材料的选择性蚀刻。总体来说,无机酸和有机酸组成的蚀刻体系更有利于提高Ga Sb材料的蚀刻速率及控制表面形貌,各蚀刻体系均存在蚀刻速率可调性不强、蚀刻形貌质量不可控、蚀刻可重复性较差等问题。基于此,总结了改进湿法化学蚀刻GaSb材料的多种研究思路,并对GaSb材料湿法蚀刻的未来发展方向进行展望。     

干法刻蚀图形化CVD金刚石膜研究进展

CVD金刚石膜因其极高的强度和耐磨特性在微机电系统(MEMS)领域具有极好的应用前景,然而其极高的硬度和化学惰性又使其很难被加工成型,这极大地限制了CVD金刚石膜在MEMS领域的应用。本文主要介绍了近年来干法刻蚀图形化CVD金刚石膜的研究进展,系统地分析了激光刻蚀,等离子体刻蚀,等离子体辅助固体刻蚀的原理及其各自优缺点,着重论述了国内外采用等离子体刻蚀CVD金刚石膜的研究现状。     

刻蚀工艺对四面体非晶碳膜生长及其性能的影响

目的研究不同等离子体刻蚀工艺对基体和四面体非晶碳膜(ta-C)的影响,并进一步考察不同电弧等离子体刻蚀时间对ta-C薄膜结构的影响。方法采用自主设计研制的45°单弯曲磁过滤阴极真空电弧镀膜设备,进行不同等离子体刻蚀以及ta-C薄膜的沉积。使用等离子体发射光谱仪表征离子种类及其密度,使用椭偏仪表征薄膜厚度,原子力显微镜表征刻蚀后的基体粗糙度,拉曼光谱仪和XPS表征薄膜结构,TEM分析薄膜的膜基界面结构。结果辉光刻蚀工艺中,作用的等离子体离子以低密度的Ar离子为主;而电弧刻蚀时,作用的等离子体离子为高密度的Ar离子和少量的C离子,并且能够在基体表面形成约15 nm的界面层,并实现非晶碳膜(a-C)的预沉积。随电弧等离子体刻蚀时间增加,ta-C薄膜的sp3含量有所降低。结论相比于辉光刻蚀,电弧刻蚀利于制备较厚的ta-C薄膜。这主要是因为电弧刻蚀时,基体表面形成良好的界面混合层,并预沉积了非晶碳膜,形成a-C/ta-C的梯度结构,有助于增强膜基结合力。     

镍磷合金表面电化学蚀刻层的性能表征

目的 研究镍磷合金镀层经电化学蚀刻后的表面特性。 方法 对镍磷合金镀层进行电化学蚀刻,表征蚀刻层的外观形貌、显微形貌、物相结构、元素成分及蚀刻深度,测定蚀刻层的硬度,通过热震试验测试蚀刻层的结合强度,通过极化曲线表征蚀刻微孔的穿透性。 结果 电化学蚀刻后,镍磷合金层表面会逐渐失光,颜色变暗。 电化学蚀刻微孔最初在胞状物边界产生,随后扩展至胞状物表面。 结论 在较佳的蚀刻条件下,蚀刻层微孔大小合适,均匀分布,且孔深合适,没有微孔穿透至基底层。 电化学蚀刻使表面硬度有所下降,而对蚀刻层的结合强度影响不大。     

喷淋蚀刻模具钢的蚀刻深度研究

采用喷淋式蚀刻机,以FeCl3基蚀刻液对模具钢进行喷淋蚀刻,通过测定不同蚀刻液温度、不同喷淋压力下的蚀刻深度,考察了几个独立因素对蚀刻深度的影响,得出蚀刻深度的规律性变化:蚀刻深度增长速率随蚀刻液温度的升高而增大,随喷淋压力的增大而先增大,后逐渐减小。分析了蚀刻深度呈此种变化规律的原因。     

三步酸蚀去钴对金刚石薄膜附着力影响的研究

用热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜涂层之前,采用两步酸腐蚀和三步酸腐蚀对WC-Co硬质合金(YG6)基体表面进行去Co预处理。SEM形貌观察、X射线衍射谱和EDAX能谱分析都表明,与两步腐蚀方法相比,三步酸腐蚀处理表面去Co效果更加好,沉积金刚石薄膜的压痕图更证实其对涂层质量的改善,并且该方法可以减少预处理时间,更适宜于工业生产。     

膜电解法再生FeCl3蚀刻液的蚀刻性能研究

对某蚀刻厂的废蚀刻液通过膜电解工艺进行再生,并通过蚀刻性能条件实验研究了蚀刻时间、温度、蚀刻液浓度、蚀刻液游离酸含量等因素对蚀刻液 (新蚀刻液、在线蚀刻液、再生蚀刻液) 氧化还原电位和蚀刻速率的影响。结果表明,再生蚀刻液满足蚀刻要求,并且当蚀刻温度为50~60 ℃、蚀刻液浓度为再生蚀刻液浓度的90%、游离酸浓度为0.3 mol/L以上时,再生蚀刻液蚀刻速率最大。     

连铸坯低倍检验工艺发展现状及展望

连铸坯的低倍检验是钢厂质量控制的重要环节之一。长期以来,与冶炼检验和成品检验全自动工艺的快速发展相比,全自动低倍检验工艺的价值被低估。以酸蚀检验法为对象,通过对比试样加工、酸蚀方法、扫描成像等方面的不同工艺,回顾了国内钢厂连铸坯低倍检验的发展历程,并对国内钢铁企业全自动低倍检验的未来之路进行了展望。     

电流对高纯铝箔交流电侵蚀的影响

研究了在ＨＣｌ 溶液中５０ Ｈｚ 交流电侵蚀下电流密度对电解电容器用高纯铝箔的腐蚀行为的影响。结果表明， 侵蚀初期的真实电流密度决定铝箔蚀孔的尺寸和表面膜， 大电流在铝箔表面产生厚膜，阻碍交流电侵蚀的阴、阳极反应过程和蚀孔深入。随着电流密度减小， 试样的蚀孔孔径增大， 在＜ ０ ．２Ａ／ｃｍ ２ 电流下的蚀孔比其它大电流下的蚀孔孔径大４ 倍左右。先用＜ ０ ．２ Ａ／ｃｍ２ 的小电流侵蚀， 再用０ ．２ ～０ ．５ Ａ／ｃｍ２ 大电流侵蚀组合， 铝箔电容量随电量的增加直线上升。用５０ Ｈｚ 交流电可以使铝箔获得良好的起始发孔， 得到具有较大孔径和多向堆垒型海绵层蚀孔的大容量电解电容器用铝箔