采用AFM在聚碳酸酯表面加工纳米波纹结构的实验研究.pdf

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1、硕士学位论文采用AFM在聚碳酸酯表面加工纳米波纹结构的实验研究RESEARCHONNANORIPPLESFORMATIONOFPOLYCARBONATESHEETSBYAFMSINGLESCANNING崔醒哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH161+.1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文采用AFM在聚碳酸酯表面加工纳米波纹结构的实验研究硕士研究生：崔醒导师：闫永达教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH161+.1U.D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONNANORIPPLESFORMATIONOFPOLYCARBONATESHEETSBYAFMSINGLESCANNINGCandidate:XingCuiSupervisor:Prof.YongdaYanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecia

3、lity:MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要微纳制造技术是当代高新技术的重要研究领域之一。其中，原子力显微镜（AFM）以其分辨率高、可重复性好、加工环境友好等特点，已成为加工微纳结构的有力

4、工具之一。聚合物以其成本低、质量轻、易于成型加工等特点，成为广泛使用的基础材料之一。纳米波纹结构是热塑性聚合物在纳米尺度摩擦磨损中常见的微纳结构，其形成机理尚未明确，如何加工周期、幅值可控的纳米波纹结构也有待进一步研究。此外，现有纳米波纹结构尺寸较小，仅限于微米尺度，在一定程度上限制了纳米波纹结构的应用。基于上述原因，本文以原子力显微镜为加工及检测设备，选择耐热性能好、抗冲击能力强的聚碳酸酯作为实验样品，重点研究了纳米波纹结构的形成机理及各工艺参数对纳米波纹结构表面形貌的影响规律。本文的主要研究内容如

5、下：采用单次扫描方法加工纳米波纹结构，研究了相关因素对纳米波纹结构形成的影响，提出了两条纳米波纹结构形成的必要条件。通过研究纳米波纹结构的加工过程，并借助透射电子显微镜（TEM）研究纳米波纹结构的内部形貌，从实验的角度分析了纳米波纹结构的形成过程。采用单次扫描方法加工纳米波纹结构，并采用单因素变量法研究各工艺参数对纳米波纹结构表面形貌的影响规律，为加工周期、幅值可控的纳米波纹结构奠定了基础。基于单次扫描方法，将毫米尺度工作台与原子力显微镜相结合，实现了毫米尺度纳米波纹结构的加工。通过在纳米波纹结构表面

6、镀金属钛膜的方法，进行了金属表面着色效应实验，为拓展纳米波纹结构的应用奠定了基础。关键词：纳米波纹结构；原子力显微镜；聚碳酸酯；单次扫描I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMicro-nanofabricationtechnologyisoneoftheimportantresearchfieldsofmodernhighandnewtechnology.Amongthem,theatomicforcemicroscope(AFM)tip-basednanomechanicalmachin

7、ingmethodhasbeenprovedasafeasibleandpowerfulapproachtofabricatenanostructuresbecauseofitslowcost,precisespatialresolution,insituimagingandenvironmentalfriendly.Polymershavebecomeoneofthemostwidelyusedbasicmaterialsbecauseoftheirlowcost,lightweightandeas

8、ymolding.Nanoripplepatterns,whichareactuallythequasi-sinusoidalnanostructuresperpendiculartothescanningdirection,hasbeenreportedasatypicalwearmodeformostthermoplasticpolymers.Itsformationmechanismisnotclearsofar,anditisdifficultt