【摘要】：微機電系統(tǒng)(MEMS)常以單晶硅(Si)為主要結構材料,但由于微構件間的微觀黏著和磨損,導致器件工作穩(wěn)定性和使用耐久性降低,因此在Si表面實現超疏水改性,是減小微結構間黏著和摩擦的有效途徑。超疏水性能可以通過自組裝分子膜(SAM)修飾和制備表面微觀織構來實現。采用分子動力學方法對SAM的結構特征進行模擬,研究了 Si表面N-3-(三甲氧基硅烷基)丙基乙二胺(DA)-月桂酰氯(LA)(DA-LA)雙層復合自組裝分子膜(SAMs)的結構特性,確定了 DA、LA分子的最佳覆蓋率,當DA-LA分子呈類鋸齒狀有序排布時,所形成的DA-LA SAMs體系最為穩(wěn)定。進一步討論了 SAMs表面的微觀潤濕性能,構建納米水滴進行l(wèi)OOOps的表面潤濕模擬,結果表明,羥基化Si表面、DASAM表面表現為親水性,DA-LA SAMs表面表現為疏水性。對表面徑向分布函數計算發(fā)現:DA-LA雙層復合SAMs表面不存在氫鍵,固-液間作用力是弱范德華力,使其保持了良好的疏水性。依據潤濕理論設計了硅基超疏水表面方柱織構幾何參數,并通過光刻、感應耦合等離子體刻蝕實現織構制備,進而使用濕法刻蝕得到腔形織構。借助掃描電子顯微鏡和能譜儀對微織構形貌和表面化學組分進行表征。進一步在方柱織構和腔形織構化Si表面修飾DA-LA低表面能雙層復合SAMs,形成微/納復合結構,采用紅外光譜儀、原子力顯微鏡(AFM)、觸角測量儀對SAMs的化學組分、表面形貌、表觀接觸角進行了表征,分析了幾何形貌和參數對潤濕性能的影響規(guī)律,以及表面自由能特性,結果表明,隨織構表面柱間距的增大,在表面逐漸形成超疏水性能,表觀接觸角最高達到170.35°;DA-LA SAMs表面自由能最小,DA表面次之,羥基化表面自由能最大。通過施加水平擾動、增大水滴體積和滴落高度考察織構化超疏水表面的潤濕穩(wěn)定性。結果表明,施加水平振動擾動時,水滴在腔形織構表面未發(fā)生潤濕狀態(tài)轉變,超疏水性能穩(wěn)定;增加水滴體積和滴落高度時,腔形織構化超疏水表面穩(wěn)定性優(yōu)于方柱織構化超疏水表面。采用AFM微球探針對平整、織構化以及SAMs-織構化Si表面進行微觀摩擦學測量與分析,結果表明,織構化Si表面相比平整Si表面的黏著力降低了 58.4%、63.3%,摩擦力降低了 45.9%,、50.3%;SAMs-織構化Si表面較平整Si黏著力降低了 68.6%、79.8%,摩擦力降低了 62.6%、67.5%,表現出優(yōu)異的減黏著、減摩性能。
【圖文】：

．滯后逡逑體表面，由于現實中實際固體表面總存在一定粗糙度，能決定表面的潤濕性能。將水滴滴落在理想固體上，可狀態(tài)時若水滴本征接觸角４＝０°，可稱其是超親水表面；０９０°邋Ｓ邋NB邋＜１５０°時，稱為疏水表面；１５０°邐＜１８０能用以描述液滴滴落后表面的靜態(tài)潤濕性能，但若要對進行考察，可引入接觸角滯后進行表征［１９］。如圖１．４所

逑固體逡逑圖１．３接觸角示意圖逡逑１．２．１．２接觸角滯后逡逑相對理想固體表面，由于現實中實際固體表面總存在一定粗糙度，，因此，表面化學逡逑組成和粗糙度均能決定表面的潤濕性能。將水滴滴落在理想固體上，可獲得表面的本征逡逑接觸角，達平衡狀態(tài)時若水滴本征接觸角４＝０°，可稱其是超親水表面；０°＜之＜９０°時，逡逑稱為親水表面；９０°邋Ｓ邋NB邋＜１５０°時，稱為疏水表面；１５０°邐＜１８０°時，稱為超疏逡逑水表面。接觸角能用以描述液滴滴落后表面的靜態(tài)潤濕性能，但若要對動態(tài)過程中力作逡逑用下的液滴運動進行考察，可引入接觸角滯后進行表征［１９］。如圖１．４所示是水滴下滑的逡逑示意圖。水滴處于傾斜的固體表面將動未動狀態(tài)下，體積增加側的接觸角即為前進角NB邋；逡逑水滴處于傾斜固體表面將動未動狀態(tài)下體積減小側的接觸角即為后退角＆。將逡逑定義為接觸角滯后。由于接觸角滯后大小取決于固、液間的相互作用力和能量
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 任紅梅;孟慶春;范忠鈺;劉媛;曾慶橋;胡松青;;羥基化及硅烷化二氧化硅表面潤濕行為的分子模擬[J];中國石油大學學報(自然科學版);2014年05期

2 劉思思;張朝輝;周杰;何建國;;微/納器件粗糙表面間彎月面力及黏著力計算[J];計算力學學報;2014年04期

3 孫偉峰;高俊國;郭寧;;碳納米管/聚乙烯復合物分子動力學模擬研究[J];復合材料學報;2014年02期

4 王奔;念敬妍;鐵璐;張亞斌;郭志光;;穩(wěn)定超疏水性表面的理論進展[J];物理學報;2013年14期

5 張曉亮;鐘小華;易戈文;賈均紅;;Au納米顆粒織構化表面的黏著和摩擦學行為研究[J];摩擦學學報;2010年06期

6 李艷峰;于志家;于躍飛;孫宇飛;;化學刻蝕法制備黃銅基超疏水表面[J];化工學報;2007年12期

7 莫尊理;郭瑞斌;陳紅;孫亞玲;李賀軍;;石墨/樹狀大分子復合材料的分子動力學模擬[J];復合材料學報;2007年04期

8 周明;鄭傲然;楊加宏;;復制模塑法制備超疏水表面及其應用[J];物理化學學報;2007年08期

9 樊康旗,賈建援;經典分子動力學模擬的主要技術[J];微納電子技術;2005年03期

10 文玉華,朱如曾,周富信,王崇愚;分子動力學模擬的主要技術[J];力學進展;2003年01期

本文編號：2659653