【摘要】：材料表面的有序微納結構可以有效的改變或提升表面性能,因而其在許多領域具有廣泛的應用,例如改變光學元件的光學特性;改善機械零件的耐磨性等。研究人員已經開發(fā)了光刻技術、電子束刻蝕技術和納米壓印技術等多種有序微納結構的制備技術。然而光刻技術分辨率受波長限制,制備過程復雜,設備成本昂貴;電子束刻蝕技術制備效率低,且無法大面積制備;納米壓印技術中必要的剛性模板難以制造。這些缺點使得它們的應用受到極大的限制。納米壓痕技術作為一種在微納尺度測量材料力學性能的測試手段廣為人知,極大的促進了材料學的發(fā)展。本文將納米壓痕技術作為一種新型微納加工技術進行有序微納結構的制備。主要開展的研究工作如下:首先,研制一套具有納米壓痕加工能力和力伺服功能的微探針力伺服加工模塊,并基于該模塊搭建一套三維微納加工平臺。該模塊以金剛石探針為刀具,以壓電陶瓷換能器(PZT)為執(zhí)行機構,以柔性鉸鏈機構為力敏感元件,配合高精度位移傳感器,可以實現對探針與工件表面法向力的閉環(huán)控制和探針實時壓入深度的讀取。并對微探針力伺服加工模塊的指標參數和三維微納加工平臺的加工能力進行測試。其次,采用有限元仿真方法對基于納米壓痕的有序微納結構加工機理進行研究。建立模擬壓痕加工的三維有限元仿真模型,對不同探針,不同載荷的單點壓痕進行有限元仿真,并驗證有限元仿真模型的合理性。進行多點壓痕的有限元仿真,探究壓痕間距、壓痕角度等因素對基于納米壓痕的有序微納結構的影響。最后,進行基于納米壓痕的有序微納結構加工工藝研究。采用Vickers、Berkovich和Conical探針加工不同角度、不同間距的單列壓痕和壓痕陣列以形成有序微納結構,探究這些參數對有序微納結構的影響。并對成功制備的基于納米壓痕的有序微納結構的拉曼增強性能進行研究,以羅丹明分子拉曼光譜的增強因子表征其增強性能。
【圖文】：

工藝將光刻膠上的圖形轉移到基片上，從而在基片表面生成微納結術可大批量制備圖案化結構，其結構分辨率受到所用曝光光源的極長越短，結構分辨率越小。而通過縮短波長、采用準分子激光光源光路等對光源、光路的改進，結合其他新的工藝方法，可以進一步構分辨率，甚至小于 10nm[6]�？碳庸さ玫降慕Y構由掩模版上的圖案轉移而來，而掩模版上的圖案的，所以光刻能夠加工出多種多樣的結構，從而在集成電子元件、件等諸多領域[7-9]具有廣泛應用。Revzin[10]等人采用光刻法將玻璃上二醇）-二丙烯酸酯（PEG-DA）圖案化，成功制備了高密度的微米微阱陣列，如圖 1-1b)。由于 PEG 的生物惰性，PEG 微阱陣列可以細胞或蛋白質驅避特性的高度有序的生物界面，已經證明可以非�；� 3T3 纖維細胞和原代大鼠肝細胞粘附到玻璃基板上。Campbe一種新的光刻技術——三維全息光刻，該技術非常適合于生產具有的三維結構。研究人員利用這種技術，成功制備了微周期聚合物陣-1c)，并且使用這些作為模板來創(chuàng)建具有更高折射率的結構。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文應的圖案。加工過程不需要掩模版，所以工藝更簡單。通過降低電子波電子束刻蝕技術已經可以構建特征尺寸小于 10nm 的精細圖案[14 ]，并可寬在 5-7nm 的周期性線條圖案的制備[15]。電子束刻蝕技術具有兩大優(yōu)點：納米級線寬分辨率和任意形狀圖案，采制備的各種新型的微納陣列結構，可應用于非線性光學、負折射率材料Shaoli Zhu[16]等人利用電子束刻蝕技術制造了具有“頂帽”的五角星形金陣列，如圖 1-2b)，，具有約 50nm 的半徑和約 40nm 的標稱高度。反射光到“頂帽”形狀的影響，納米陣列的光學性質表明它們在等離子體納米器上具有潛在應用。Linden[17]等人利用電子束光刻制備了非磁性金屬開，如圖 1-2c)所示，實驗表明其可以用于實現在 100 赫茲頻率下由電感電LC）諧振產生的磁共振。額外的數值模擬表明，該結構對于其中磁場耦諧振的束配置呈現出具有負磁導率的頻率范圍。與具有負介電常數的電，可能導致具有負折射率的材料。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

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1 任斌,田中群;表面增強拉曼光譜的研究進展[J];現代儀器;2004年05期

2 張?zhí)┤A,楊業(yè)敏;納米硬度技術的發(fā)展和應用[J];力學進展;2002年03期

本文編號：2611875