微纳织构表面的减摩抗粘及动态调控基础研究

针对微纳米尺度下的摩擦、粘附等表面工程问题，本项目基于疏水表面的微纳织构设计原理，通过对多光束激光干涉技术和纳米薄膜沉积技术的融合，实现单晶硅材料表面微纳织构的柔性化制造；在对微纳织构表面施加偏压的条件下，采用导电原子力显微镜对其摩擦和粘附性能进行测试，建立微纳织构表面减摩、抗粘性能与织构参数、偏压之间的依赖关系，实现特定微纳织构表面摩擦和粘附性能的动态控制。研究成果为提交一套完整的工程实用的微纳织构表面制备工艺数据及摩擦、粘附性能动态控制方案，为微系统中摩擦、粘附表面的设计、开发和工程应用奠定理论和实验基础，同时也为其纳米摩擦学性能的动态控制提供借鉴。

本项目通过激光干涉光刻和激光快速扫描技术制备了不同类型和尺寸的微织构，并利用AFM对织构化表面进行了摩擦性能测试。首先，从麦克斯韦光电方程组出发，对干涉光强分布的基本表达式进行了理论推导。利用MATLAB软件模拟了双光束单曝光、双光束双曝光的干涉光强分布，同时分别对不同曝光剂量进行了研究。自行设计并搭建了激光干涉光刻实验系统，开展了对激光干涉光刻的研究。利用双光束单曝光和双曝光干涉光刻分别在光致抗蚀剂表面制备出条纹和网格图案，并采用化学湿法腐蚀的方法将其成功复制在单晶硅表面，图形转移质量较好；通过改变激光参数，在硅表面实现了不同周期条纹和网格织构的构筑。其次，采用脉冲电沉积技术和等离子喷涂技术制备了不同的耐磨涂层。在此基础上，建立了激光快速扫描实验系统；通过调节激光处理参数（激光电流密度、激光扫描速率）和初始镀层的晶粒大小，可以控制激光处理后镀层表面织构的形状及尺寸，实现镀层表面织构化的可控制造。利用原子力显微镜对不同类型、尺寸织构化的表面进行了摩擦性能测试。结果发现：随着硅表面条纹织构覆盖率的增大，摩擦力逐渐减小；镀层表面不同类型和尺寸的织构对摩擦力有一定的影响；胶体球的摩擦测试说明织构化表面均具有减摩抗粘的作用。同时，利用原子力显微镜在C-AFM模式下，探讨了外加电场对织构表面摩擦力的影响。在本项目的资助下，已发表SCI检索论文4篇，EI检索论文2篇，核心期刊论文5篇；申请发明专利8项，获得授权发明专利3项，获得实用新型专利3项；培养硕士研究生4名。