胶体粒子掩膜电沉积制备微坑阵列仿真与实验研究

发布时间：2022-05-03 05:35

　　带有微结构阵列的功能性表面由于其润湿性、生物相容性和减压耐磨等特殊的性能而被广泛应用于众多的科学领域中,其表面微纳织构的制作方法备受国内外研究者的关注。现有的微结构制作方法受制于加工工艺和掩膜制作方法的限制,仅适用于平面和规则的曲面上微结构的制作,而在复杂的不规则曲面上制作微结构阵列成为加工业的难题。对此,本文中提出以胶体粒子为掩膜并结合电沉积在工件表面上快速制作微坑阵列的工艺,以期解决不规则曲面工件表面掩膜贴合和微结构阵列制作问题。主要研究内容和结果如下:（1）数值仿真研究。建立胶体粒子掩膜电沉积制作微坑的仿真模型,并分别在一次、二次和三次电流密度下进行仿真模拟。仿真结果表明:受到电流密度分布的影响,在一次电流密度下得到的沉积层比较粗糙,且得到的微坑结构不规则;在二次电流密度下可得到平滑的曲面沉积层和圆形的微坑结构;三次电流密度仿真则可以得到近似平面的沉积层和圆形的微坑结构。（2）平面胶体粒子掩膜辅助电沉积实验。在平面工件表面采用电泳自组装方法制备胶体粒子掩膜,并以胶体粒子为掩膜进行电沉积。实验结果表明:采用电泳自组装可在平面工件表面得到胶体粒子掩膜,通过控制电泳的电压和时间可获得质... 

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
符号表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 掩膜辅助加工研究现状
        1.2.2 胶体粒子掩膜辅助加工
    1.3 主要研究内容和创新点
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 主要创新点
2 粒子掩膜电沉积仿真研究
    2.1 电沉积相关理论
        2.1.1 电沉积工艺及原理
        2.1.2 电沉积过程中电场分析
        2.1.3 电沉积过程中极化分析
    2.2 建立数值仿真模型
        2.2.1 建立几何模型
        2.2.2 假设条件和控制方程
    2.3 数值仿真计算
        2.3.1 一次电流密度仿真
        2.3.2 二次电流密度仿真
        2.3.3 三次电流密度仿真
    2.4 本章小结
3 平面工件表面粒子掩膜电沉积实验研究
    3.1 电泳自组装制备粒子掩膜
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 实验过程
        3.1.3 实验结果
    3.2 粒子掩膜电沉积实验
        3.2.1 实验材料和实验条件
        3.2.2 实验流程
        3.2.3 实验结果
    3.3 微坑阵列形貌及均匀性研究
        3.3.1 电沉积时间的影响
        3.3.2 电流密度的影响
        3.3.3 微坑阵列均匀性改善措施
    3.4 本章小结
4 曲面工件表面粒子掩膜电沉积实验研究
    4.1 曲面表面粒子掩膜的制作
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 实验流程
        4.1.3 实验结果
    4.2 粒子掩膜电沉积实验
        4.2.1 实验流程
        4.2.2 实验结果
    4.3 本章小结
5 微坑阵列性能评价
    5.1 润湿性相关理论
    5.2 平面沉积层润湿性测量
        5.2.1 微坑中心距L=10μm
        5.2.2 微坑中心距L=5μm
        5.2.3 微坑中心距L=1μm
    5.3 曲面沉积层润湿性测试
        5.3.1 基底曲率对润湿性的影响
        5.3.2 微坑尺寸对润湿性的影响
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3650730