用于仿生自清洁微结构的干涉光刻技术研究

摘要

目前国内外在自清洁表面的人工制备方法上取得很大进展，有些技术已有商业化的应用。但是现有技术的一大共同点，是不能按照使用需求灵活调整工艺过程，从而得到所需要的表面润湿特性。因此，开发一种结构特征可控、方便有效、经济实用的方法是很有必要的。
　　本论文首先在研究国内外自清洁微结构制备方法的基础上，分析了现行主流方法的局限性，结合自清洁结构的特点和干涉光刻图形的特征，利用干涉光刻技术新方法来制备自清洁表面微结构;分析了自清洁表面微结构特征尺寸的需求;并对激光干涉光刻基本原理及实现方法进行研究;利用MATLAB软件对多光束激光干涉光刻图形进行了仿真模拟;对影响光刻结果的一些因素进行了分析;在理论研究基础上，设计并搭建了用于自清洁微结构制备的干涉光刻曝光系统，并开展了光刻实验。
　　理论研究结果表明，多光束干涉形成的周期结构，与自然界中天然的自清洁结构有相似之处，通过改变干涉光束的入射角、曝光量，及显影时间，可以形成不同周期、形貌的微结构，以满足不同自清洁性能对结构特征尺寸的不同需求，实现人工自清洁结构制作的可控性。
　　利用搭建的多光束干涉光刻系统在光刻胶表面制作了周期为1～100μm不等的微结构。对这些微结构表面的自清洁性能进行测量，并与光滑光刻胶表面自清洁性能比较，微结构表面的接触角会增大或者减小，接触角减小使得表面更亲水，减小范围介于14％～32％，接触角增大的结果实现了表面亲水向疏水的转变，增大范围介于23％～68％。说明利用干涉光刻制备表面微结构能够实现对表面自清洁性能进行调控的目的。
　　本论文工作将激光干涉光刻技术应用于仿生自清洁结构的制作，提供了一种改变材料表面润湿特性的可控方法。该研究能够对利用激光干涉光刻技术来构造和制作自清洁表面提供一定的理论和实验依据。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 自然界中的特殊润湿现象

1．3 自清洁表面制备方法

1．3．1 刻蚀法

1．3．2 模板法

1．3．3 分子自组装法

1．3．4 溶胶凝胶法

1．3．5 相分离法

1．4 本论文研究的目的和意义

1．5 本论文主要研究内容

1．6 本章小结

2 自清洁微结构

2．1 自清洁原理

2．2．1 Wenzel模型

2．2．2 Cassie模型

2．2 自清洁功能表面结构特征分析

2．3 本章小结

3 激光干涉光刻技术

3．1 激光干涉光刻基本原理

3．2 多光束干涉光刻的分类

3．2．1 双光束干涉光刻

3．2．2 三光束干涉光刻

3．2．3 四光束干涉光刻

3．3 多光束干涉光刻图形仿真计算

3．4 本章小结

4 制作表面自清洁结构的多光束干涉光刻系统设计

4．1 系统总体结构

4．2 系统关键部分分析与讨论

4．2．1 光源的选择

4．2．2 滤波及扩束准直部分

4．2．3 分光系统

4．2．4 样品工件台

4．2．5 系统光路结构

4．3 系统关键组件位置的确定

4．4 本章小结

5 多光束干涉光刻结果的影响因素分析

5．1 入射光强不同对干涉结果的影响

5．2 入射角度对干涉结果的影晌

5．2．1 入射角影响

5．2．2 方位角影响

5．3 基片方位对干涉结果的影响

5．4 光刻工艺对干涉结果的影响

5．5 本章小结

6 光刻实验及结果分析

6．1 实验准备

6．1．1 实验光路搭建

6．1．2 样品基片准备

6．2 光刻实验结果

6．3 实验样品的接触角测量及自清洁性能分析

6．4 本章小结

7 结论

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间申请的专利

致谢

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