基于DPN技术的纳米点结构调控研究

发布时间：2017-10-28 07:00

  本文关键词：基于DPN技术的纳米点结构调控研究

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【摘要】：随着纳米生物学、纳米电子学等学科领域的发展，利用原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）作为加工工具进行表面修饰的技术发展起来。蘸笔纳米刻蚀技术（Dip-pen nanolithography，DPN）是在纳米尺度进行表面修饰的重要技术。自DPN技术诞生以来，学者们已经将DPN技术应用到了各种不同的领域，并从不同的角度去探究DPN的作用机理。目前为止，，对于沉积的纳米结构的尺度大小及质量等的调控研究却少有人涉猎。本文对纳米点结构成形的调控进行了相关研究。 在流体力学的基础上，综合考虑表面张力和黏附力的影响，建立适合微观流体流动的数学模型。利用该模型，对DPN的墨水流动过程进行微米和纳米尺度下的仿真研究，获得了墨水在基底扩散的半径随时间以及基底亲水性的变化关系。 本文提出了不同于传统直接蘸针法的探针运动微调蘸针法。在日常湿度环境下，利用该方法进行DPN技术构建纳米点的实验，成功地构建了纳米点结构，提供了一种对环境条件要求并不苛刻的DPN实验新方法。实验结果与理论计算结果相符，验证了数学模型的正确性。 根据探针质量与频率的关系，理论推导出了沉积纳米点质量的计算公式。根据该公式和实验的结果得出了系统频率分辨率需达到的精度。提出了两种调控DPN沉积纳米点的方法：外加持续高频激振调控法和电压调控沉积法。最后，设计了调控系统，为后续的系统搭建提供参考。
【关键词】：原子力显微镜 蘸笔纳米刻蚀 探针运动微调蘸针法 纳米点沉积调控
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.1;TH16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-20
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 研究的目的和意义8-9
• 1.2 DPN 技术的研究现状9-17
• 1.2.1 DPN 技术的主要操作模式10-11
• 1.2.2 DPN 液桥通道形成过程的研究现状11-13
• 1.2.3 DPN 技术的应用研究现状13-17
• 1.3 DPN 技术研究现状概述17-18
• 1.4 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 微观流体流动的基础理论20-31
• 2.1 流体力学在描述微观流体流动的局限性20
• 2.2 流体力学基本方程20-23
• 2.2.1 流体力学连续性方程20-21
• 2.2.2 流体力学运动微分方程21-23
• 2.3 微观流体流动的数学模型23-27
• 2.3.1 微观尺度下表面张力的讨论23-24
• 2.3.2 考虑表面张力的二维流动数学模型24-26
• 2.3.3 液体与气体交界面的数学描述26-27
• 2.4 边界条件的讨论27-30
• 2.4.1 边界条件与接触角27-28
• 2.4.2 润湿现象28
• 2.4.3 润湿现象与接触角28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于微观流体理论的 DPN 液体流动过程仿真31-41
• 3.1 仿真物理模型的建立31-32
• 3.2 仿真参数的选择及边界条件的确定32-33
• 3.2.1 物理参数的设置32
• 3.2.2 边界条件的确定32-33
• 3.2.3 初始值的设定33
• 3.3 仿真结果及分析33-39
• 3.3.1 微米尺度下的仿真结果33-36
• 3.3.2 纳米尺度下的仿真结果36-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 基于 DPN 技术沉积纳米点结构的实验研究41-56
• 4.1 AFM 探针的蘸针方法41-43
• 4.2 基底材料的预处理43-44
• 4.3 实验结果及分析44-53
• 4.3.1 应用直接蘸针法的纳米点结构沉积实验45-47
• 4.3.2 应用探针运动微调蘸针法纳米点结构沉积实验47-53
• 4.3.3 基底亲水性对沉积纳米点结构的影响53
• 4.4 CDDPN 实验前后探针表面的对比53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 基于 DPN 技术构建纳米点的调控方法56-63
• 5.1 DPN 技术构建纳米点质量的讨论56-58
• 5.2 电压调控 DPN 沉积纳米点的可行性实验58-59
• 5.3 调控沉积纳米点的方法59-62
• 5.3.1 持续激振调控墨水沉积法59-60
• 5.3.2 电压调控墨水沉积法60-61
• 5.3.3 DPN 技术沉积纳米点结构的调控系统61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 闫树华;李宾;;一种实现可控纳米定位沉积的探针修饰新方法[J];核技术;2008年03期

本文编号：1107119