含氢类金刚石膜沉积过程的分子动力学模拟

含氢类金刚石膜(diamond-like carbon, DLC)的超低摩擦特性与其沉积制备过程密切相关. 采用分子动力学模拟的方法, 计算了以CH₃基团为沉积物, 在多种不同入射能下制备含氢DLC膜的动力学过程. 通过沉积原子数统计分析、薄膜密度和sp杂化分析考察了含氢DLC膜的结构特性. 通过比较模拟结果, 发现随着入射轰击能量的增加, 含氢类金刚石膜中碳的含量总体上呈现增加的趋势; 在含氢DLC膜中所沉积的氢原子数存在峰值, 峰值前后变化趋势相反, 大于80 eV以后趋于饱和与稳定, 薄膜相对密度也随之增加, 达到50 eV时趋于稳定值; 膜中碳原子比氢原子具有更强的成键能力, 易与基底发生化学吸附; 沉积源基团的氢含量决定生长成膜以后的薄膜氢含量, 沉积源基团中的氢含量高, 则所生长薄膜的氢含量高.     

AFM纳米操纵中侧向推动力的测量方法

纳米级操纵技术是制造纳米级结构、器件的重要方法之一,同时也是研究纳米粒子之间相互作用的重要手段.该文在运用原子力显微镜的探针操纵碳纳米管的同时,开发了一种纳米级操纵力的同步测量方法.应用该方法,成功测量出了操纵、切割碳纳米管的侧向力信息,从而为研究纳米粒子、基体与操纵工具之间的相互作用提供了最直接的力学信息和实验结果.在此基础上,可以进行初步的纳米设计,研究纳米新材料的力学特性.     

碳纳米管操纵中的微观摩擦问题

为了充分掌握纳米操纵中的微观摩擦规律,消除微观摩擦对纳米操纵的不利影响,该文利用原子力显微镜(AFM)的超微探针作为操纵工具,对具有优异力学和电学特性的碳纳米管在不同的表面状况下进行了剪切和操纵。实验中发现,当基底的表面成分和表面形貌不同的时候,操纵过程中的微观摩擦力会有明显的变化。从与光刻技术相结合的操纵实验中可以看出,光刻后残留的光刻胶会大大增加碳纳米管与基底间的微观摩擦力,并加剧操纵工具——AFM针尖的污染与磨损。     

碳纳米管的操纵和剪切

纳米级微操纵技术是纳米制造的基础和前提，也是目前科学界研究的一个热点问题，运用原子力显微镜的显微探针操纵技术，成功地对CVD方法制备的多壁碳纳米管进行了操纵和剪切，以预先设计 方案任意操纵碳纳米管，并且在实际中观测到了碳纳米管在操纵过程中弯曲、扭转联合变形的特性，发现在一定条件下，可以将碳纳米管切割分段，从而剪切掉局部晶格有缺陷的部分，得到管径分布均匀、晶格较完整的纳米零件材料，这为未来的纳米机械装配技术的研究奠定了基础。