基于AFM敲擊模式在聚合物表面的納米結(jié)構(gòu)加工實驗研究.pdf

1、原子力顯微鏡(AFM)因其加工檢測一體化、高精度和高分辨率等特性,現(xiàn)在被廣泛的作為一種新的加工方式研究。AFM加工根據(jù)其加工方式可分為接觸模式加工和敲擊模式加工,相比于接觸模式,敲擊模式具有加工結(jié)果受加工方向影響小,適用于多種聚合物表面加工的優(yōu)點。本文主要研究敲擊模式下AFM單晶硅探針在聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面的加工。主要開展如下工作:
　　首先,建立線性阻尼振動模型,利用Matlab仿真探針與樣品表面之

2、間的作用關(guān)系,得到激勵電壓、針尖半徑、激勵頻率、探針懸臂的彈性系數(shù)以及樣品彈性模量對針尖壓入深度、探針與樣品間最大作用力和最大壓應(yīng)力的影響,得到使聚合物表面形成塑性變形的條件,找到可方便控制加工深度的參數(shù),為具體的加工實驗提供指導(dǎo)。
　　其次,AFM敲擊模式下在PC表面加工矩形區(qū)域時會形成規(guī)則凸起,而凸起原因不清楚。在實驗中發(fā)現(xiàn),AFM敲擊模式下加工一條線段時,形成凸起體積大于凹坑體積,所以猜測加工矩形區(qū)域形成凸起的原因是多條線段

3、疊加造成的,為了驗證此猜測,用仿真與實驗相結(jié)合的方式,分析不同步進條件下所形成凸起結(jié)構(gòu),得到凸起結(jié)構(gòu)形成原因。
　　最后,利用 AFM自身系統(tǒng),根據(jù)加工以及實驗需要,編制所需特定軌跡程序。在此基礎(chǔ)上,研究加工速度、激勵電壓和步進對加工聚合物結(jié)果的影響,并分析其原因。發(fā)現(xiàn)不同的激勵電壓導(dǎo)致針尖在聚合物表面不同的切削形式,激勵電壓較小時,材料堆積在凹槽兩側(cè),激勵電壓較大時,針尖在聚合物表面形成切削,切屑堆積在加工軌跡末端。并最終在多種