發(fā)布時間：2020-11-05 15:24

　　 隨著納米科技的迅速發(fā)展,各種新型納米材料不斷出現(xiàn),以納米材料為功能單元的納米器件,也相繼問世。目前,納米材料性能測試和納米器件制備大多直接借助諸如半導(dǎo)體測量儀以及原子力顯微鏡等表征儀器進行,功能不完善；研究開發(fā)實施納米材料機電性能測試、制備納米器件的操控工藝與裝置成為當務(wù)之急。 本論文針對此需求,研究開發(fā)了一套納米材料操控工藝與裝置,并將其成功應(yīng)用于ZnO納米線機電性能的測試,制備了ZnO納米線應(yīng)變傳感器,填補了國內(nèi)外在納米操控研究領(lǐng)域的空白。主要內(nèi)容與創(chuàng)新點如下： 提出了動態(tài)電化學腐蝕實現(xiàn)大長徑比納米操作臂的制備方法及其優(yōu)化工藝。分析了動態(tài)電化學腐蝕機理與工藝規(guī)律,研發(fā)了一套全自動大長徑比納米操作臂制備裝置,實驗研究得到了長度大于2mm、尖端曲率直徑小于200nm的納米操作臂制備最優(yōu)工藝參數(shù)。 基于電子束誘導(dǎo)沉積原理,提出了以掃描電子顯微鏡為基礎(chǔ)裝置、以石蠟為前驅(qū)材料、無需前驅(qū)材料泵入裝置的納米焊接工藝。分析了電子束激勵石蠟分解和沉積機制,實驗研究建立了焊接工藝規(guī)律。試驗測試證明此工藝連接強度高達2.3×105Pa,完全適用于納米操控領(lǐng)域。 研制了一種基于形狀記憶合金的電控納米鑷子,探討了納米線靜電力作用模型,實現(xiàn)對納米材料的電控夾持和自由放置操作。設(shè)計制作了電控形狀記憶合金驅(qū)動的納米鑷子,并測試分析了其動力學特性。同時提出了借助靜電力實現(xiàn)納米線自由放置的方法,并深入探究了納米線受靜電力的作用模型以及最優(yōu)放置工藝參數(shù)。 基于ZnO納米線應(yīng)變下電性能變化特性理論分析和實驗研究,提出了ZnO納米線應(yīng)變傳感特性模型。實驗驗證所提出模型計算得到應(yīng)變系數(shù)的均方誤差在0.5%之內(nèi)。通過此模型,發(fā)現(xiàn)肖特基接觸模式靈敏系數(shù)是歐姆接觸模式靈敏系數(shù)的14倍,這對基于ZnO納米線應(yīng)變傳感器的制備具有極大的指導(dǎo)意義。 基于上述納米操控工藝以及ZnO納米線應(yīng)變傳感模型,提出了ZnO納米線的機電性能測試方法和應(yīng)變傳感器封裝制備方法。分別測試了單根ZnO納米線的楊氏模量、電性能以及應(yīng)變下電性能變化。封裝制備了ZnO納米線應(yīng)變傳感器,實驗測試其靈敏系數(shù)為448,可以測量微小應(yīng)變100με,性能遠遠好于普通商業(yè)應(yīng)變片。 本論文研究的納米材料操控工藝、裝置,在一維納米材料的機電性能測試、以及相應(yīng)的納米材料功能器件制備中具有很大的應(yīng)用前景；提出的ZnO納米線應(yīng)變傳感特性模型對于揭示金屬-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在應(yīng)變作用下電性能變化原理、指導(dǎo)制備應(yīng)變傳感器具有非常重要的意義。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TB383.1;TQ132.41
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 納米操控技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容
2 納米操作臂制備工藝
    2.1 前言
    2.2 納米操作臂制備原理
    2.3 納米操作臂制備裝置設(shè)計
    2.4 納米操作臂制備工藝優(yōu)化
    2.5 本章小結(jié)
3 納米焊接工藝
    3.1 前言
    3.2 電子束誘導(dǎo)沉積原理
    3.3 基于電子束誘導(dǎo)沉積的納米焊接方法工藝
    3.4 納米焊接應(yīng)用與強度測試
    3.5 本章小結(jié)
4 電控納米鑷子
    4.1 前言
    4.2 電控納米鑷子設(shè)計及動力學測試分析
    4.3 納米線靜電力作用模型及放置操控應(yīng)用
    4.4 電控納米鑷子的應(yīng)用
    4.5 本章小結(jié)
5 單根ZnO納米線應(yīng)變特性及其傳感模型
    5.1 前言
    5.2 ZnO納米線的應(yīng)變特性
    5.3 ZnO納米線應(yīng)變傳感模型
    5.4 ZnO納米線應(yīng)變傳感模型驗證
    5.5 本章小結(jié)
6 操控方法及工藝的應(yīng)用
    6.1 前言
    6.2 納米操控系統(tǒng)建立
    6.3 ZnO納米線楊氏模量測試
    6.4 ZnO納米線電性能測試
    6.5 ZnO納米線應(yīng)變下電性能變化測試方法
    6.6 ZnO納米線應(yīng)變傳感器封裝制備
    6.7 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 研究展望
致謝
參考文獻
附錄1：攻讀博士學位期間的主要成果

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本文編號：2871826