【摘 要】
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纳米制造是支撑纳米科技走向应用的基础。近年来,本课题组研究提出了摩擦诱导构造纳米凸结构的纳米制造新方法。为进一步完善该方法,有必要系统研究摩擦诱导纳米凸结构的各项
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纳米制造是支撑纳米科技走向应用的基础。近年来,本课题组研究提出了摩擦诱导构造纳米凸结构的纳米制造新方法。为进一步完善该方法,有必要系统研究摩擦诱导纳米凸结构的各项性能,以确定其能否满足实际应用的需要。本论文使用原子力显微镜,采用曲率半径约500 nm的金刚石针尖在单晶硅(100)表面加工出隆起,进而对其摩擦学性能进行了系统研究。实验过程中,首先采用氮化硅针尖在100 nN的低载条件下测量隆起和原始硅表面的摩擦力和粘着力,以表征隆起表面的摩擦性能；其次,采用曲率半径约为60nm的金刚石针尖在面隆起和原始硅表面进行划痕实验,以表征隆起表面的磨损性能；最后,研究了隆起表面在氢氟酸中的选择性刻蚀性能。根据上述实验结果和分析,得到的主要结论如下：(1)无论在真空或大气环境中,隆起和原始硅表面在低载条件下测得的摩擦力、粘着力没有显著性差异。与真空环境相比,大气环境下测得的摩擦力和粘着力较大,损伤较严重。(2)与原始硅表面相比,隆起表面在5μN和8μN定载划痕时的损伤较严重,在10μN定载划痕时的损伤差异不明显。由于隆起加工过程的各向异性,摩擦诱导面隆起的划痕损伤表现出一定的各向异性。分析结果显示,摩擦诱导隆起表面的硬度比原始表面低。(3)使用较钝的针尖可以在隆起表面继续加工出隆起,但所加工隆起的高度比在原始表面加工隆起的高度低。(4)摩擦诱导隆起能被氢氟酸选择性刻蚀,刻蚀后隆起区域会形成一个沟槽。刻蚀深度随刻划次数的增加而增大。
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