微納電解加工基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品尺寸越趨于微型化，例如，航空航天飛行器中的傳感器、核研究中的微量泵、智能手機(jī)中的陀螺儀、醫(yī)療器械中的微夾鉗等。這些微型化的需求都預(yù)示著微納加工技術(shù)將成為未來高科技領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)，作為微細(xì)加工技術(shù)之一的電解加工技術(shù)也必然朝著微納方向發(fā)展。
　　本文開展了微納尺度電解加工技術(shù)的研究，主要完成了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　?。?）基于電解加工的基本原理，闡述了微納電解加工的特點(diǎn)。對(duì)電極反應(yīng)過程中的電化學(xué)反應(yīng)

2、過程和電極/溶液界面進(jìn)行詳細(xì)的分析，在此基礎(chǔ)上深入探討了超短脈寬電源對(duì)電解加工的影響，分析了微納電解加工暫態(tài)加工的機(jī)理。
　?。?）針對(duì)微納電解加工的特點(diǎn)，研制出微納電解加工試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括：隔振子系統(tǒng)、微納驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、電極子系統(tǒng)、電解液子系統(tǒng)、超短脈沖電源子系統(tǒng)、輔助可視化子系統(tǒng)、對(duì)刀子系統(tǒng)及控制子系統(tǒng)等。
　　（3）提出了基于超短脈寬脈沖電流幅值劇增的對(duì)刀方法。采用超短脈寬脈沖電源及采樣速率為5GS/s的對(duì)刀系統(tǒng)

3、，對(duì)回路中超短脈寬脈沖電流的峰值電流是否劇增進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)微納電解加工亞微米工具陰極的精確對(duì)刀，解決了亞微米工具陰極在對(duì)刀過程中出現(xiàn)的彎曲變形和電火花放電等問題。
　?。?）提出了采用銀納米線作為工具陰極的微納電解加工方法，分析并解決了銀納米線在電解加工中溶解的問題。對(duì)濺射層厚度進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果表明濺射厚度為150nm較為適宜，可得到直徑約為400nm的納米線工具陰極。采用濺射后的納米線工具陰極，在濃度為0.1mol/L的H2

4、SO4電解液中，施加電壓為4V、周期為50ns、脈寬為6ns的納秒脈寬脈沖電流，成功加工出深約80nm，底部最窄處約為450nm，入口最寬處約1000nm的亞微米溝槽。
　?。?）建立了液膜刻蝕法制備納米工具陰極的數(shù)學(xué)模型。對(duì)影響制備工具陰極尺寸及形貌的主要因素：初始電極直徑、下端電極長度、液膜厚度、電解液濃度及電壓進(jìn)行工藝優(yōu)化，優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：100μm的鎢棒初始半徑，10mm的下端電極長度，4mm的液膜的厚度，3V加工電壓