硅基超疏水微界面材料潤(rùn)濕特性和摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、在微機(jī)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(yán)重黏著磨損而失效。對(duì)材料表面進(jìn)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(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域有重要的學(xué)術(shù)和工程價(jià)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(duì)固體表面潤(rùn)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(shí)，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(jì)準(zhǔn)則。
　　通過(guò)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(rùn)滑理論，分析得到固體表面接觸分離過(guò)程中彎月面力和黏著力的計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算得到接觸表面分離過(guò)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(rùn)濕性能、分離時(shí)間、斷裂高度等因素對(duì)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(jī)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(jí)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(guò)接觸角與接觸角滯后的測(cè)量，進(jìn)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(duì)表面潤(rùn)濕性能