面向大面積微-納加工的柔性襯底多針尖陣列的制備.pdf

1、微/納米加工技術(shù)作為當(dāng)今高技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，是實(shí)現(xiàn)微/納米功能結(jié)構(gòu)與器件的基礎(chǔ)。掃描探針技術(shù)是一種非常重要的微/納加工技術(shù)，但其具有掃描范圍小、掃描速度慢等局限性，大大限制了其在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。相對(duì)于單針尖的加工模式，多針尖并行加工是一種能有效進(jìn)行大面積、高效率的微/納加工方式。多針尖陣列的制備是實(shí)現(xiàn)多針尖并行加工的關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)提出了一種基于柔性襯底的大面積微/納加工多針尖陣列的制作方法，利用加載過程中柔性襯底的變形

2、來補(bǔ)償多針尖陣列間存在的高度差，從而實(shí)現(xiàn)了柔性襯底表面的并行針尖陣列的制備。本文的主要研究結(jié)果及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了基于柔性襯底的大面積微/納加工多針尖陣列的制備方法。通過在蠟片薄膜打點(diǎn)精確定位針尖陣列的微球，同時(shí)在針尖板與多針尖陣列微球間添加一層柔性襯底材料，利用柔性襯底的變形來補(bǔ)償多針尖的高度差，從而實(shí)現(xiàn)了較好的多針尖并行加工效果。
　　(2)基于ABAQUS有限元分析，建立了橡膠超彈性材料作為多針尖陣列柔性襯

3、底的選擇依據(jù)。采用三次減縮多項(xiàng)式的Yeoh模型描述柔性襯底超彈性材料的變形過程，同時(shí)基于實(shí)際加工需求制定兩條選擇柔性襯底材料的準(zhǔn)則，并結(jié)合多針尖陣列的ABAQUS有限元分析，得出多針尖柔性襯底材料的選擇依據(jù)，即Yeoh模型的第一項(xiàng)系數(shù)C10為0.5～17之間的材料可以選擇為多針尖陣列柔性襯底。
　　(3)研究了不同橡膠柔性襯底的多針尖陣列的實(shí)際加工效果，驗(yàn)證了柔性襯底選擇依據(jù)的可行性。利用在不同橡膠柔性襯底上所制備的多針尖陣列，在

4、銅表面開展了對(duì)比刻劃加工實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，橡膠材料的Yeoh模型的第一項(xiàng)系數(shù)C10處于0.5～17之間的氟橡膠和丁腈橡膠作為柔性襯底時(shí)呈現(xiàn)出較好的加工效果，而硅橡膠作為柔性襯底的多針尖陣列加工的劃痕深度明顯偏小，與ABAQUS有限元分析的結(jié)果相吻合。
　　本文提供了一種低成本、操作簡(jiǎn)易的多針尖陣列制備方法，并給出了柔性襯底選取的依據(jù)。相關(guān)研究有助于促進(jìn)摩擦誘導(dǎo)納米加工技術(shù)的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)相關(guān)材料大面積微/納米織構(gòu)的低成本加工具有一