微納電解加工基礎研究.pdf

1、隨著科學技術的不斷發(fā)展，產(chǎn)品尺寸越趨于微型化，例如，航空航天飛行器中的傳感器、核研究中的微量泵、智能手機中的陀螺儀、醫(yī)療器械中的微夾鉗等。這些微型化的需求都預示著微納加工技術將成為未來高科技領域研究的焦點，作為微細加工技術之一的電解加工技術也必然朝著微納方向發(fā)展。
　　本文開展了微納尺度電解加工技術的研究，主要完成了以下幾個方面的內(nèi)容：
　?。?）基于電解加工的基本原理，闡述了微納電解加工的特點。對電極反應過程中的電化學反應

2、過程和電極/溶液界面進行詳細的分析，在此基礎上深入探討了超短脈寬電源對電解加工的影響，分析了微納電解加工暫態(tài)加工的機理。
　?。?）針對微納電解加工的特點，研制出微納電解加工試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括：隔振子系統(tǒng)、微納驅動子系統(tǒng)、電極子系統(tǒng)、電解液子系統(tǒng)、超短脈沖電源子系統(tǒng)、輔助可視化子系統(tǒng)、對刀子系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)等。
　?。?）提出了基于超短脈寬脈沖電流幅值劇增的對刀方法。采用超短脈寬脈沖電源及采樣速率為5GS/s的對刀系統(tǒng)

3、，對回路中超短脈寬脈沖電流的峰值電流是否劇增進行監(jiān)測，可實現(xiàn)微納電解加工亞微米工具陰極的精確對刀，解決了亞微米工具陰極在對刀過程中出現(xiàn)的彎曲變形和電火花放電等問題。
　?。?）提出了采用銀納米線作為工具陰極的微納電解加工方法，分析并解決了銀納米線在電解加工中溶解的問題。對濺射層厚度進行優(yōu)化，試驗結果表明濺射厚度為150nm較為適宜，可得到直徑約為400nm的納米線工具陰極。采用濺射后的納米線工具陰極，在濃度為0.1mol/L的H2

4、SO4電解液中，施加電壓為4V、周期為50ns、脈寬為6ns的納秒脈寬脈沖電流，成功加工出深約80nm，底部最窄處約為450nm，入口最寬處約1000nm的亞微米溝槽。
　　（5）建立了液膜刻蝕法制備納米工具陰極的數(shù)學模型。對影響制備工具陰極尺寸及形貌的主要因素：初始電極直徑、下端電極長度、液膜厚度、電解液濃度及電壓進行工藝優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：100μm的鎢棒初始半徑，10mm的下端電極長度，4mm的液膜的厚度，3V加工電壓