微机电系统材料表面疏水超疏水薄膜的制备及功能特性研究

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1、SouthChinaUniversityofTechnology博士学位论文微机电系统材料表面疏水/超疏水薄膜的制备及功能特性研究作者姓名刘秦学科专业材料加工工程指导教师康志新教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年4月PreparationandFunctionalPropertiesofHydrophobic/SuperhydrophobicFilmsonSurfacesofMicroElectro-MechanicalSystemsMaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyCandidate

2、：LiuQinSupervisor：Prof.KangZhixinSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB34学校代号：10561学号：201110100547华南理工大学博士学位论文微机电系统材料表面疏水/超疏水薄膜的制备及功能特性研究国家自然科学基金项目（No.51075151）广东省自然科学基金重点项目（No.10251064101000001）广州市科技计划项目科学研究专项（一般项目）（No.201510010155）作者姓名：刘秦指导教师姓名、职称：康志新教授申请学位级别：工学博士学科专业名称：材料加工工程研究方向：

3、材料制备、成形及计算机应用论文提交日期：2015年4月15日论文答辩日期：2015年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2015年月日答辩委员会成员：主席：杨元政教授委员：陈维平教授肖志瑜教授赵海东教授康志新教授华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研宄成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：4^曰期；》/r年（(月Z曰学位论文版权使用授权书本学位论文作

4、者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在____年解密后适用本授权书。0不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部

5、分内容。(请在以上相应方框内打“V”）作者联系电话联系地址(含邮编)摘要针对微机电系统（MEMS）器件由于尺寸减小而引发的表面力（黏着、摩擦等）问题，疏水/超疏水表面具有低表面自由能的特性，将材料表面制备疏水/超疏水的工艺用于微纳器件设备中，有望解决低载荷下界面的摩擦、磨损及润滑等问题。传统的MEMS材料为硅及其化合物，而随着金属材料在MEMS器件中的应用逐渐广泛，必须考虑金属材料由于高的化学活性而引发的腐蚀失效。在研究疏水/超疏水表面对金属材料摩擦学性能影响时，探讨疏水/超疏水表面对金属材料表面腐蚀性能的影响对延长器件的使用寿命有着重要的意义。本文从微机电系统传统材料单晶硅、以及新型的Nd

6、FeB及潜在的镁合金出发，以表面疏水化改性为前提，通过有机镀膜、自组装、电镀、化学镀等方法在所用材料表面制备出疏水/超疏水薄膜，探究表面浸润性对耐腐蚀性能和摩擦学特性的影响机制。主要得到如下结论：（1）将化学镀技术与有机镀膜技术结合，在单晶Si基体上先制备Ni-P薄膜后进一步获得Ni-P-ATP复合膜。Si基体经Ni-P修饰及Ni-P-ATP修饰后，表面接触角由Si基体的23.2°分别增加到67.9°及119.7°，表面自由能由基体的67.46mJ/m2分别下降至38.12mJ/m2及10.16mJ/m2。在纳牛载荷下，Ni-P及Ni-P-ATP的黏着力分别由基体的36.21nN降低至18.

7、93nN及8.23nN。毫牛载荷下的摩擦学测试表明，摩擦系数由Si基体的0.51分别下降至Ni-P膜的0.22及Ni-P-ATP复合膜的0.12。在较低载荷50及100mN下，ATP薄膜具有较好的抗磨损效果；当外加载荷增加至200mN时，Ni-P-ATP复合膜表层的ATP薄膜则在约55个循环时开始破坏，至145个循环时完全破坏。（2）通过有机镀膜技术在烧结型NdFeB上制备了厚度为27.6nm的ATP薄膜，接