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《硅基超疏水表面的制備及摩擦學(xué)性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、學(xué)校代碼10530學(xué)號(hào)201510161713分類號(hào)TH117.1密級(jí)公開(kāi)碩士學(xué)位論文硅基超疏水表面的制備及摩擦學(xué)性能研究學(xué)位申請(qǐng)人童佳威張言指導(dǎo)教師劉思思副教授言學(xué)院名稱機(jī)械工程學(xué)院學(xué)科專業(yè)工程碩士（機(jī)械工程領(lǐng)域）研究方向先進(jìn)制造工藝及裝備二零一八年六月PreparationandTribologicalPropertiesofSuperhydrophobicSurfacesofSiliconSubstrateCandidateTongJiaweiSupervisorAd.Prof.LiuSisiCollegeSchoolofMec
2、hanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationAdvancedManufacturingTechnologyandEquipmentUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）常以單晶硅（Si）為主要結(jié)構(gòu)材料，但由于微構(gòu)件間的微觀黏著和磨損，導(dǎo)致器件工作穩(wěn)定性和使用耐久性降低，因此在Si表面實(shí)現(xiàn)超疏水改性，是減小微結(jié)構(gòu)間黏著和摩擦的有效途徑。超疏水性能可以通過(guò)自組裝分子膜（SAM
3、）修飾和制備表面微觀織構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)SAM的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)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(fù)合自組裝分子膜（SAMs）的結(jié)構(gòu)特性，確定了DA、LA分子的最佳覆蓋率，當(dāng)DA-LA分子呈類鋸齒狀有序排布時(shí)，所形成的DA-LASAMs體系最為穩(wěn)定。進(jìn)一步討論了SAMs表面的微觀潤(rùn)濕性能，構(gòu)建納米水滴進(jìn)行1000ps的表面潤(rùn)濕模擬，結(jié)果表明，羥基化Si表面、DASAM表面表現(xiàn)為親水性，DA-LASAMs表面表現(xiàn)為疏水性。對(duì)表面徑向分布函數(shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：DA-LA雙層
4、復(fù)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(jù)潤(rùn)濕理論設(shè)計(jì)了硅基超疏水表面方柱織構(gòu)幾何參數(shù)，并通過(guò)光刻、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕實(shí)現(xiàn)織構(gòu)制備，進(jìn)而使用濕法刻蝕得到腔形織構(gòu)。借助掃描電子顯微鏡和能譜儀對(duì)微織構(gòu)形貌和表面化學(xué)組分進(jìn)行表征。進(jìn)一步在方柱織構(gòu)和腔形織構(gòu)化Si表面修飾DA-LA低表面能雙層復(fù)合SAMs，形成微/納復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用紅外光譜儀、原子力顯微鏡（AFM）、觸角測(cè)量?jī)x對(duì)SAMs的化學(xué)組分、表面形貌、表觀接觸角進(jìn)行了表征，分析了幾何形貌和參數(shù)對(duì)潤(rùn)濕性能的影響規(guī)律，以及表面自由能特性，結(jié)果表明，
5、隨織構(gòu)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(dá)到170.35°；DA-LASAMs表面自由能最小，DA表面次之，羥基化表面自由能最大。通過(guò)施加水平擾動(dòng)、增大水滴體積和滴落高度考察織構(gòu)化超疏水表面的潤(rùn)濕穩(wěn)定性。結(jié)果表明，施加水平振動(dòng)擾動(dòng)時(shí)，水滴在腔形織構(gòu)表面未發(fā)生潤(rùn)濕狀態(tài)轉(zhuǎn)變，超疏水性能穩(wěn)定；增加水滴體積和滴落高度時(shí)，腔形織構(gòu)化超疏水表面穩(wěn)定性優(yōu)于方柱織構(gòu)化超疏水表面。采用AFM微球探針對(duì)平整、織構(gòu)化以及SAMs-織構(gòu)化Si表面進(jìn)行微觀摩擦學(xué)測(cè)量與分析，結(jié)果表明，織構(gòu)化Si表面相比平整Si表面的黏著力降低了58.4%
6、、63.3%，摩擦力降低了45.9%，、50.3%；SAMs-織構(gòu)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(xiàn)出優(yōu)異的減黏著、減摩性能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉Ч?；微納復(fù)合結(jié)構(gòu)；超疏水表面；潤(rùn)濕行為；摩擦學(xué)性能I湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractMicro-electromechanicalsystems(MEMS)oftenusesinglecrystalsilicon(Si)asthemainstructuralmaterial.However,duetothemicroscopicadh
7、esionandwearbetweenmicro-components,causingthedevicetoworkstabilityanddurabilityofuse.It'saeffectivewaytoreduceadhesionandfrictionthatachievesuperhydrophobicityonSisurface.Thesuperhydrophobicsurfacecanbepreparedbymakingregularmicro-structuresandchangingthechemicalcompos
8、ition.ThestructuralcharacteristicsofSAMcanbesimulatebythemoleculardynamicsmethods.Thispaperresearchedthestruct
