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基于原子力显微镜的扫描探针平版印刷术的研究

作　者: 杨永康
导　师: 王铀
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 扫描探针平版印刷技术原子力显微镜纳米压印嵌段共聚物信息存储
分类号: TS825
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

变革性的纳米器件和纳米材料的研制热潮席卷全球,其核心技术:微加工技术也成为人们积极研究急于突破的关键。而传统的微纳米加工技术由于加工原理的制约,使得其难以满足人们对加工精度不断提高的要求,人们纷纷将精力投入到其他领域,希望能够寻找到一种新的加工精度高、加工成本低廉的加工方式。扫描探针平版印刷术就是一种被人们十分看好的加工手段,有着多种加工方式,其中,机械印刷术有着加工原理简单、加工条件宽松、易于实现等优点而受到人们的普遍关注,但目前所存在的各种机械印刷技术往往存在着加工精度不高,加工质量较差以及手动加工所带来的加工效率低下等缺陷,制约了其进一步的发展和应用。本论文以原子力显微镜作为加工工具,以嵌段共聚物作为加工对象,提出了一种基于原子力显微镜轻敲模式的程序控制的探针自动压印技术,通过这种技术手段,我们压印得到了较为复杂的纳米图案,其有着很高的加工精度,很好的加工质量以及加工效率,并且针尖磨损较轻,从而克服了之前的机械印刷术所存在的缺陷,是一种有着广阔的发展空间和应用前景的微纳米加工技术。进一步的,我们将其应用于信息存储领域,以形态调控后得到的嵌段共聚物SEBS的PS纳米球作为存储单元进行了数据的写入和读取,其理论存储密度可以达到每平方英寸数百吉,高于现有的光存储、磁存储以及半导体存储所能达到的存储密度。此外,由于所选用的存储介质SEBS材料具有形状记忆效应,在高温下发生形状回复,本论文研究了压印所得压痕的回复行为及其动力学,这一性质使得以其为存储介质的存储方式可在高温下进行信息的擦除,实现了信息的反复擦写,从而为高密度信息存储提供了新的思路和方式。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-24
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8-9
  1.2 传统微纳米加工技术  9-11
  1.3 扫描探针平版印刷技术  11-17
    1.3.1 机械印刷模式  11-12
    1.3.2 电致印刷模式  12-15
    1.3.3 热致印刷模式  15
    1.3.4 光致印刷模式  15-16
    1.3.5 “蘸水笔”技术  16-17
  1.4 传统信息存储技术  17-22
    1.4.1 磁存储技术  18-19
    1.4.2 光存储技术  19-21
    1.4.3 半导体存储技术  21-22
  1.5 本论文主要研究内容  22-24
第2章程序控制的 AFM 纳米压印技术  24-42
  2.1 引言  24
  2.2 AFM 工作原理及在不同模式下的纳米加工  24-31
    2.2.1 AFM 工作原理  24-27
    2.2.2 接触模式下AFM 的扫描及纳米刻划原理  27-28
    2.2.3 轻敲模式下AFM 的扫描及纳米压印原理  28-31
  2.3 程序控制下的 AFM 针尖自动压印  31-35
  2.4 程序控制下的 AFM 自动压印实例  35-41
    2.4.1 AFM 接触模式下的自动压印  35-37
    2.4.2 AFM 轻敲模式下的自动压印  37-41
  2.5 本章小结  41-42
第3章基于AFM 纳米压印技术的高密度信息存储  42-55
  3.1 引言  42-43
  3.2 实验部分  43-53
    3.2.1 嵌段共聚物的形态调控  43-48
    3.2.2 AFM 压印下数据的写入  48-51
    3.2.3 AFM 压印后数据的读取  51-53
  3.3 本章小结  53-55
第4章 AFM 探针纳米压印的回复行为研究  55-67
  4.1 引言  55
  4.2 SEBS 纳米压印的回复过程  55-59
    4.2.1 实验原料  55-56
    4.2.2 实验步骤  56
    4.2.3 压痕回复过程  56-59
  4.3 SEBS 纳米压印的回复疲劳测试  59-62
  4.4 SEBS 压痕回复的动力学研究  62-66
  4.5 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
致谢  73

基于原子力显微镜的扫描探针平版印刷术的研究

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