硅基超疏水微界面材料潤濕特性和摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、在微機械領(lǐng)域，尺度效應(yīng)的存在使得材料表/界面特性成為決定微器件功能的關(guān)鍵因素。在微/納米尺度上，相互接觸或存在微間隙的表面間黏著效應(yīng)顯著，從而導(dǎo)致微觀表面受到嚴重黏著磨損而失效。對材料表面進行加工和改性使其具有超疏水性能是改善固體表面力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的有效方式，在微/納機電系統(tǒng)領(lǐng)域有重要的學(xué)術(shù)和工程價值。
　　本文建立親水表面微觀粗糙結(jié)構(gòu)模型，基于Gibbs自由能法則，并考慮接觸角滯后能的前提下，利用該模型從能量角度揭示了表面

2、形貌對固體表面潤濕性能的影響規(guī)律，歸納得到了液滴在親水性粗糙表面穩(wěn)定處于Cassie狀態(tài)時，微觀粗糙結(jié)構(gòu)形貌特征、幾何參數(shù)、分布特性的設(shè)計準則。
　　通過建立微/納米尺度上平面-平面，球面-平面以及球面-球面間彎月面模型，基于Young-Laplace方程和Reynolds潤滑理論，分析得到固體表面接觸分離過程中彎月面力和黏著力的計算公式。在此基礎(chǔ)上，計算得到接觸表面分離過程中的彎月面形狀變化規(guī)律，并分別討論了固體表面分離距離、液

3、滴初始彎月面高度、固體表面潤濕性能、分離時間、斷裂高度等因素對彎月面力和黏著力的影響。研究結(jié)果為微/納米表面抗黏著機理提供了理論依據(jù)。
　　采用電感耦合等離子體刻蝕法，在單晶硅基底上加工微米級方柱陣列粗糙結(jié)構(gòu)并修飾十八烷基三氯硅烷（octadecyltrichlorosilane，OTS）自組裝分子膜，成功獲得了性能穩(wěn)定的超疏水表面。通過接觸角與接觸角滯后的測量，進一步分析表面微觀粗糙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)以及自組裝分子膜特性對表面潤濕性能