柔性電子器件主要以柔性材料為基底薄膜層,結(jié)合微納米集成制造工藝設(shè)計制造具有傳感,數(shù)據(jù)存儲以及能源轉(zhuǎn)化等多種功能的元器件,在航空航天、生物醫(yī)療、信息傳感等領(lǐng)域有廣闊的應用前景�；贛EMS微執(zhí)行器件的醫(yī)療器械發(fā)展日新月異,作為柔性醫(yī)療器械的關(guān)鍵元件,微電極陣列執(zhí)行器件受到了廣泛的關(guān)注。微電極陣列（MEAs）作為執(zhí)行器關(guān)鍵元件,可對神經(jīng)或肌肉進行電刺激,記錄來自神經(jīng)細胞的動作電位,從而實現(xiàn)在活細胞組織和電子設(shè)備間的傳導。然而,常規(guī)微電極器件存在高電阻抗,低粘附以及生物相容性差等缺陷,導致其在醫(yī)學檢測、生物傳感、微機器人等應用中遇到了諸多困難。其中最主要的是電極在植入體內(nèi)電阻抗過大,導致刺激和記錄過程中需要施加大電流,這種現(xiàn)狀不僅將嚴重損傷接觸位置皮膚和組織,而且還將極大的降低其金屬和高分子層之間的粘附力,導致微電極器件快速失效。另外由于高分子柔性材料與金屬涂層之間的楊氏模量不匹配問題,導致柔性電極在長期植入過程中金屬層涂層很容易脫落。因此,為了開發(fā)出具有粘附力高,阻抗低的柔性電極器件,針對制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)工藝進行改進具有重要的科學意義和應用價值。本論文通過反應離子干法刻蝕以及軟光刻中的... 

【文章來源】：貴州大學貴州省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：175 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

論文技術(shù)路線圖

第2章柔性金屬納米結(jié)構(gòu)微執(zhí)行電極設(shè)計與理論31針對于載荷中的測試剛度計算公式為：其中和表示的是擬合參數(shù)，需要通過測試得到相關(guān)數(shù)據(jù)。和分別表示為最大壓入深度和殘余的深度。同時，根據(jù)經(jīng)典力學的相關(guān)理論[112]，可以得到薄膜硬度和折合模量表示為：其中表示與金剛石壓針形狀有關(guān)的常數(shù)，表示最大的法向力。從而可以借助于納米壓痕測試儀器所得所需要計算的載荷-壓深曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以得到被測納米金屬薄膜的楊氏模量、硬度等力學參數(shù)。圖2-1Oliver-Pharr典型模型結(jié)構(gòu)以及加載卸載曲線[111]2.1.2納米劃痕測試原理納米劃痕過程中由于載荷的增加的幅度導致涂層裂紋增加，根據(jù)前人的研究，劃痕載荷施加之后整個金屬或者高分子涂層的裂紋發(fā)生不同程度的改變，涂層的破壞程度主要取決于高分子層的附著力大小以及粗糙表面的摩擦力變化。劃痕過程中的裂紋以及屈服擴展[113]，在涂層厚度上會對金屬材料的表面產(chǎn)生一定裂紋現(xiàn)象。根據(jù)彈性力學中納米薄膜材料的裂紋產(chǎn)生模式，高分子薄膜材料以及金屬硬質(zhì)金屬材料也會導致金屬材料的浪費等。本章主要通過分析具有不同凹凸模型的高分子層與金屬材料涂層結(jié)合之后，表面粘附力在納米劃痕下的變化。=()=()1（2-4）=（2-5）=2√K（2-6）

貴州大學博士學位論文32圖2-2Berkovich壓頭金剛石針尖模型參數(shù)以及納米劃痕示意圖[114]使用刮擦方法來評估相對的粘合和內(nèi)聚破壞[114]。刮擦的進展伴隨著連續(xù)的退化，這種退化是由邊緣的微裂紋表示的內(nèi)聚破壞，涂層從其基底的局部碎裂以及最后兩個成分之間的附著力喪失所致。在相同的劃痕加載模式下，涂層的行為是不同的。在單層結(jié)構(gòu)中，隨著劃痕載荷的增加，薄膜整個橫截面上都產(chǎn)生了裂紋，并且裂紋迅速擴散。在這種類型的涂層中，低載荷下將發(fā)生了粘合失敗現(xiàn)象，并且我們觀察到在較高載荷下薄膜的整體碎裂和基材的暴露。如圖2-2所示，對于幾何上完美的Berkovich壓頭，使其尖端圓化的工藝過程相當復雜。即使對于最精心研磨的鉆石，平均尖端半徑通常在10-100nm范圍內(nèi)，如果要在小深度獲得準確的結(jié)果，則必須考慮多種因素共同結(jié)果。在這種單層結(jié)構(gòu)中，裂紋是在一定的載荷下沿著劃痕通道產(chǎn)生的，然后完全分層，導致涂層失效。對于最高載荷，在劃痕的末端觀察到了粘合失敗。實際上，裂紋的遷移率主要由薄膜中的應力場決定。表征多層結(jié)構(gòu)的殘余應力在延遲裂紋擴展和改善涂層的抗斷裂性方面具有非常重要的作用。附著力測量對于微壓痕測試，通過測量臨界載荷值，將劃痕的定性分析擴展到了定量分析，以了解涂層的附著力。臨界載荷是在檢測到的第一個涂層失效時的正常載荷。該載荷是通過光學顯微鏡觀察劃痕，法向和切向載荷測量以及劃痕測試過程中殘余深度的測量來確定的。對于納米劃痕測試而言，殘余深度以及寬度對于載荷和劃入深度是重要的參考指標，這些因素也導致測試摩擦力的變化，因此進一步對納米劃痕表面形貌進行分析，從而進一步探究涂層微觀粘附力[115]。對于彈塑性材料而言，納米劃痕中的劃痕硬度可以根據(jù)納米壓痕硬度進?

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本文編號：2960545