硅微結(jié)構(gòu)表面摩擦特性的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)需求的增加，器件微型化成為不可避免的趨勢。器件微型化導(dǎo)致比表面積增大，表面效應(yīng)顯著增強(qiáng)，使得粘附力、摩擦力等表面力成為影響器件性能和使用壽命的關(guān)鍵因素。而對(duì)器件表面構(gòu)筑微結(jié)構(gòu)，是解決這一問題的有效方法之一。研究微納尺度下微結(jié)構(gòu)表面的摩擦行為，有助于深化人們對(duì)表面摩擦原理的理解，而且對(duì)微納米器件的制造和發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義。
　　本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法建立納米尺度下硅基底表面干摩擦模型，構(gòu)建條紋狀、網(wǎng)格狀、凹

2、坑狀3種微結(jié)構(gòu)表面，研究微結(jié)構(gòu)形狀、尺寸對(duì)摩擦的影響。研究結(jié)果表明，表面微結(jié)構(gòu)可以顯著降低探針與硅基底表面之間的滑動(dòng)摩擦力，其中網(wǎng)格狀微結(jié)構(gòu)表面減摩能力最好，其次為條紋狀微結(jié)構(gòu)表面，凹坑狀微結(jié)構(gòu)表面減摩能力最弱。凹坑狀、條紋狀微結(jié)構(gòu)表面的摩擦力隨寬度尺寸的增加而增加，網(wǎng)格狀微結(jié)構(gòu)表面的摩擦力受寬度尺寸的影響較小。三種微結(jié)構(gòu)表面的摩擦力均隨深度尺寸的增加而減小。
　　本文還用分子動(dòng)力學(xué)方法建立了水環(huán)境下探針在硅基底表面滑動(dòng)的摩擦模型

3、，討論水分子層厚度、微結(jié)構(gòu)形狀、尺寸以及表而各向異性對(duì)濕摩擦的影響。研究結(jié)果表明，基底表面水分子層會(huì)增大表面摩擦力，且摩擦力隨水分子層數(shù)量的增加先增加而后略有下降。微結(jié)構(gòu)表面可以明顯削弱水分子對(duì)探針的粘附，不同形狀的微結(jié)構(gòu)表面的探針與水分子分離時(shí)的運(yùn)動(dòng)距離隨微結(jié)構(gòu)寬度尺寸的變化不同，但均隨深度尺寸的增加而減小。對(duì)于條紋狀微結(jié)構(gòu)表面，濕摩擦狀態(tài)下，垂直條紋表面的摩擦力小于平行條紋表面的摩擦力;而在干摩擦狀態(tài)下，垂直條紋表面的摩擦力大于平行