基于摩擦诱导选择性刻蚀原理的单晶硅表面大面积疏水织构加工

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信息、生物、先进制造、新能源等高科技领域的飞速发展对微/纳加工技术及工艺提出了全新的、苛刻的要求,发展创新、高效的微纳加工方法刻不容缓。基于摩擦诱导选择性刻蚀的微/纳米加工方法,可制备具有一定高(深)度的纳米结构。但是传统的单探针工作模式加工效率低,加工范围小,严重阻碍了摩擦诱导选择性刻蚀加工方法走向实际应用。  本文基于摩擦诱导选择性刻蚀加工原理,通过改进加工设备和优化加工条件,制备得到不同类型的大面积单晶硅疏水织构表面。本文的主要工作及结论如下:  (1)提出了定位倒模与模具整平式两种多针尖制作方法。其中模具整平式多针尖制作方法具有水平度高、重复定位性好、一模多用以及可重复使用的优点,具有很好的应用前景。  (2)基于设备连续性加工特点,设计出了线形和“#”形两种织构形状,并优化确定了所加工织构的间距和面积。  (3)研究建立了单晶硅表面大面积织构的加工工艺。在理论计算的基础上,结合实验结果的分析,确定出合适的加工载荷;基于对织构高度和形貌随刻蚀时间变化的实验研究,优化确定了良好织构加工所需的选择性刻蚀时间。  (4)研究了单晶硅表面织构形状和间距对表面亲疏水性的影响规律。结果表明织构线间距越小,其表面接触角越大;在相同的间距情况下,“#”形织构表面接触角比线状织构表面的接触角大;通过摩擦诱导选择性刻蚀加工方法所制备得到的单晶硅表面织构具有良好的稳定性。  基于上述研究,本文提出了一种高质量的多针尖制作方法,并实现了大面积、高效率的单晶硅表面疏水织构的加工。
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