纳结构的激光复合微纳探针刻划技术研究

发布时间：2017-05-16 19:07

  本文关键词：纳结构的激光复合微纳探针刻划技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代科技的发展，制造业经历了从传统的机械加工到特种加工再到纳米制造技术的历程，人们对机械加工的精度要求越来越高，而作为制造精度可以达到亚微米乃至纳米级的纳米制造技术，被越来越多的研究者广泛关注。本文针对纳米制造提出了一种新的加工方法——光纤探针导光激光复合微纳探针纳米刻划技术，通过理论仿真分析和试验验证的手段，对激光复合微纳探针形成的近场效应、针尖处的温度场、纳结构的激光复合微纳探针加工工艺展开研究。 当光纤探针导光激光辐照到微纳探针上时，微纳探针针尖处会产生等离子体极化激元，该激元在外加电磁场的作用下会产生振荡，最终使得针尖附近一个波长范围内的电场产生增强，即近场增强效应。课题首先对近场效应的机理展开研究，阐述近场增强效应的原理，针对针尖近场效应展开仿真分析。仿真集中在近场效应带来的增强电场强度、温度场大小、针尖热膨胀三个方面进行。利用Comsol软件对近场增强效应进行研究，为后续工作提供理论保证。 提出基于AFM距离-力曲线及纳米压痕的针尖温度场测试方法。分别采用不同类别（有机高分子，无机金属、薄膜材料）、硬度、熔点的材料作为基底，然后光纤探针导光激光来辐照微纳探针使其产生近场增强效应作用到基底材料上，最后通过对基底材料表面状态的识别来完成微纳探针针尖温度场的标定。与此同时还对光纤探针导通激光复合微纳探针刻划纳结构的试验参数的范围进行了界定。 针对纳米点和纳米线从激光能量E、通光时间t、针尖作用力F、针尖与样品间距L四个参数进行试验研究，给出纳结构优劣的评判标准，探究不同试验条件对纳结构成型的影响规律，，以及运用光纤探针导光激光复合微纳探针加工纳结构的最优化参数，并对微纳探针机械刻划和激光复合微纳探针刻划进行试验对比。 研究工作为光纤探针导光小功率连续激光复合微纳探针进行纳结构的加工提供了基础及参考，对纳结构的加工有重要意义。
【关键词】：纳结构 微纳探针 激光 刻划 近场效应
【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】：TH16
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 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 课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 基于微纳探针的纳结构刻划技术发展概述9-17
• 1.2.1 纳结构的微纳探针刻划技术9-10
• 1.2.2 纳结构的激光复合微纳探针刻划技术10-15
• 1.2.3 国内外研究现状综述15-17
• 1.3 课题主要研究内容17-19
• 第2章 激光复合微纳探针的近场效应研究19-36
• 2.1 表面等离子体激元理论19-22
• 2.1.1 表面等离子体激元的近场增强理论19-20
• 2.1.2 激光复合微纳探针近场增强机制20-22
• 2.2 激光辐照微纳探针近场效应仿真分析22-30
• 2.2.1 光纤探针通光辐照微纳探针近场增强研究23-27
• 2.2.2 聚焦激光辐照微纳探针近场增强研究27-30
• 2.3 激光辐照微纳探针热场仿真分析30-33
• 2.3.1 热场理论分析30-31
• 2.3.2 微纳探针上的热场仿真31-33
• 2.4 微纳探针热膨胀仿真分析33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 激光辐照微纳探针的温度场测试研究36-47
• 3.1 基于 AFM 力-距离曲线及纳米压痕的温度测试方法36-38
• 3.2 温度测试试验系统38-42
• 3.3 微纳探针针尖温度测试试验42-46
• 3.3.1 高分子聚合物—聚乙烯42-44
• 3.3.2 金属片状材料—锌片44-45
• 3.3.3 薄膜材料—硅基底银膜45-46
• 3.3.4 基于针尖温度测试的材料表面状态分析总结46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 激光复合微纳探针刻划试验研究47-63
• 4.1 激光复合微纳探针刻划试验系统及试验方法47-50
• 4.1.1 纳结构刻划 AFM 平台47-49
• 4.1.2 纳结构刻划试验结果评判标准49-50
• 4.2 纳米点蚀刻试验研究50-57
• 4.2.1 间距对试验结果的相关性探讨50-52
• 4.2.2 通光时间对纳米点形貌尺度的影响52-54
• 4.2.3 激光能量对纳米点形貌尺度的影响54-55
• 4.2.4 纳米点所用微纳探针磨损情况分析55-57
• 4.3 纳米线刻划试验研究57-62
• 4.3.1 作用力对纳米线试验结果的影响探究57-58
• 4.3.2 通光时间对纳米线形貌尺度的影响研究58-60
• 4.3.3 激光能量对纳米线形貌尺度的影响60-61
• 4.3.4 纳米线所用微纳探针磨损情况分析61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68

【参考文献】

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本文编号：371662