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基于材料堆积效应的周期纳米结构加工机理及实验研究

孙彦文  
【摘要】:周期性纳米结构由于其具有空间周期性的特点,会产生特殊的光学、电学效应,在光学、传感器、微流控、微电子等领域都有广阔的应用前景。随着纳米加工技术的发展,基于原子力显微镜(AFM)进行纳米刻划加工逐渐体现出其特有的优势。本文主要研究如何利用AFM在单晶铜表面加工周期性纳米结构,提出一种基于材料堆积效应加工周期性纳米结构的加工工艺,利用分子动力学对加工过程进行仿真,得出材料堆积的形成机制,研究如何高效率低成本地制备周期性纳米结构。首先,利用分子动力学对纳米刻划加工过程中材料堆积的形成方式进行仿真研究,分别研究了不同工艺参数(探针形状、进给量、载荷等)对加工过程中材料堆积形成方式的影响规律,以及对所得结构形貌的影响规律。得出了单晶铜纳米刻划过程中材料堆积的形成规律,为AFM刻划实验以及基于材料堆积效应形成周期性纳米结构加工工艺提供了理论指导。然后,利用AFM进行纳米刻划加工实验,研究不同的工艺参数(探针形状、进给量、载荷等)对刻划加工过程中材料堆积的影响规律;通过对比分析AFM刻划实验得到的结果和分子动力学仿真所得到的结果,验证分子动力学仿真的正确性;在此基础上讨论基于材料的堆积效应来形成周期性性纳米结构的最优化加工工艺。最后,基于一维傅里叶变换(FFT),提出一种周期性纳米结构的评价方法,对加工的周期性纳米结构进行评价;对周期性纳米结构的应用进行探索研究,对周期性纳米结构在金属着色效应领域的应用进行探讨,加工出不同样式的周期性纳米结构,并对其金属着色效应进行分析。


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