量子力对微、纳米级机构的影响研究

随着微机电系统的发展,机构的特征尺寸及相互间距通常处于微米、纳米量级,因此需要考虑量子力的影响,如Casimir力。首先对平行平面间的Casimir力进行分析,表明随着间距的减小Casimir力会迅速增大,然后根据实际情况得出微弹簧震子的结构模型,通过对模型的受力和动力学研究发现,机构发生粘附效应不仅与其自身的特征参数C有关,还同被粘附构件的初始位置或初始能量有关。     

大变形纯钛微弧氧化膜层的生物摩擦学性能研究

采用微弧氧化法在纯钛及大变形纯钛表面制备多孔氧化膜层,研究微弧氧化膜层在干摩擦、模拟体液和小牛血清不同润滑介质条件下的生物摩擦学性能,探讨钛基材组织细化对其膜层表面摩擦磨损性能的影响。结果表明：与纯钛微弧氧化膜层相比,大变形纯钛微弧氧化膜层耐磨性能更优的原因在于钛基材晶粒的细化使得晶体缺陷增多,为微弧氧化膜层的形核提供了更多的能量,反应生成的TiO2膜层硬度更强,膜层表面更致密均匀光滑,提高了其摩擦磨损性能所致。大变形纯钛微弧氧化膜层在小牛血清润滑时的摩擦系数和磨损程度都优于干摩擦和模拟体液润滑条件下的摩擦系数与磨损情况。这归因于小牛血清于摩擦表面形成的化学反应膜及物理吸附膜,起到了更有效的润滑、冷却与承载作用。     

亲水性和疏水性微管道中流动滑移特性的实验研究

通过对微圆管道内表面进行界面性质处理，研究了不同界面性质对去离子水在内径50μm微管道中的流动滑移特性的影响。通过实验，在微圆管道内表面自组装一层疏水性单分子octadecyltrichlorosilane（OTS）膜来改变界面性质，并采用体积法测量压力驱动下微圆管道中去离子水的流量，观察去离子水在亲水性和疏水性表面微圆管道中的流动滑移情况。结果表明，去离子水在亲水性表面流动的压力一流量特性仍符合经典的Navier—Stokes方程，而去离子水在疏水性表面管道中流动时，其流量明显增大，说明去离子水在疏水性表面微圆管道中的流动出现了表面滑移。其原因是，疏水性表面使微管道表面的粗糙度降低，微管道表面产生微气泡或低密度液体而引起流动滑移。     

基于原子力显微镜的光盘表面微结构的检测

利用原子力显微镜在纳米尺度上观察了光盘(CD)和数字通用光盘(DVD)的表面微观结构,对沟槽间距、摆动幅度等参数进行了测量,进而就这些参数对存储性能的影响进行了分析。实验结果显示:CD-R和DVD-R光盘上以连续的沟槽取代坑,并组成螺旋状的轨道,DVD-R光盘的信息存储密度更大。光盘轨道间距的变化范围是摆动幅度的4倍。写入后,沟槽的深度明显变深。实验结果同时表明,利用AFM能直接测量光盘上信息位的形貌参数,进而找出影响光盘质量的直接因素。     

弹性体/偶联剂复合纳米薄膜的制备

通过X射线光电子能谱、激光拉曼光谱和原子力显微镜对制备的多层弹性复合纳米薄膜的成分、形貌、结构进行了研究.结果表明:弹性复合薄膜的形成可分为两个阶段:"岛"式结构数量增多和长大阶段.同时,反应时间的增加至50 min、反应温度为220℃时形成更均一、致密的多层复合薄膜;偶联剂A187的活性基团作用下生成的弹性体薄膜更均匀.     

基于LFM的类金刚石膜纳米摩擦现象研究

使用原子力显微镜(AFM)中的侧向力(LFM)模式对类金刚石膜纳米尺度的摩擦现象进行了研究,主要考察了载荷、微观形貌、粘附对类金刚石膜纳米摩擦性能的影响.首先结合粘附的影响提出了适用于外加载荷在100 nN以下类金刚石膜纳米摩擦力表征的修正Amonton公式.其次,试验发现摩擦过程中表面接触峰的斜率对薄膜的微观摩擦力的影响较大,微观摩擦系数与倾角θ成正比例关系,最后结合两者给出了综合考虑载荷、表面形貌、粘附且可用于类金刚石膜纳米尺度摩擦力表征的数学方法.     

掺磷纳米硅薄膜的制备及介观力学性质与介观接触电阻的研究

采用PECVD法制备的纳米硅薄膜是一种具有特殊性能的人工材料.它是由大量具有纳米量级的硅微品粒构成,纳米硅晶粒镶嵌在由非晶硅构成网络中,其晶粒所占的体积百分比为Xc≈50%,从而决定了其特有的性质.本文通过严格控制薄膜生长的工艺参数,得到了掺磷纳米硅薄膜,并通过原位纳米力学电学测试系统对其力学和电学性质进行测试,发现掺磷纳米硅薄膜的纳米硬度为5 GPa,而其杨氏模量随着压入深度的增加而增大,其接触电阻与薄膜的结构密切相关.这些属性对于纳米硅薄膜微器件的制备具有重要的参考意义.     

一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法

提出了一种利用石墨纳米颗粒作为掩膜,通过金属辅助刻蚀来制备具有低反射率的太阳电池纳米陷光结构的方法。用该方法制得了一种表面覆盖有纳米线和纳米孔的太阳电池纳米陷光结构。结合金属辅助刻蚀的机制和这种陷光结构的形成原理,分析了石墨纳米颗粒和H2O2浓度对陷光结构形貌的影响,并讨论了陷光结构的形貌对样品陷光性能的影响。最后,制得了在300～1100nm波长范围内平均反射率仅为3.6%的太阳电池陷光层。     

电容耦合等离子体化学气相沉积系统二维射频放电及薄膜制备工艺的研究

通过建立二维自适应模型,对等离子体化学气相沉积系统反应室中SiH4/H2在射频辉光放电条件下的多物理场进行仿真模拟,模拟结果显示：当射频功率和硅烷体积分数增大时,极板间电子密度增大,薄膜沉积速率也随之加快,但沉积的均匀性变差。结合利用该PECVD设备制备的薄膜微结构和沉积速率测试结果,得出射频功率为80W,SiH4体积分数为1%时,薄膜的平均晶粒大小和晶化率最大,薄膜沉积速率较快且均匀性较好。     

微/纳机构抗粘附研究进展

粘附现象是微/纳机构中特有的现象,在构件材料强度满足要求的条件下,微/纳机构中的粘附和摩擦是造成其失效的主要原因.如何防止或减轻粘附已成为微/纳机电系统(MEMS/NEMS)领域的研究热点.介绍了微/纳机构中的粘附问题,分析了粘附机理和各种粘附接触模型,说明了表面能法和微凸体积分法防粘附设计微/纳机构的原理,最后阐述了释放干燥工艺、减少实际接触面积和降低表面能等各种抗粘附措施.