硅纳米带力学特性的有限元模拟开题报告

1. 研究目的与意义

微纳米制造技术是制作具有实际用途的微纳米结构与器件的技术，广泛应用于生物、物理、化学及材料科学领域的研究，也是电子学、光学等众多学科技术的基础。通过微纳米制造技术，可在硅片、非平面镜头及柔性塑料薄膜等不同基材上制备微纳结构，将在未来设备应用中扮演越来越重要的角色。在各种微纳米制造技术中，微纳转印技术是柔性无机电子器件制造过程中最为关键的技术。

微转印技术是利用界面黏附作用将预加工好的微/纳单元从其生长的源基体有序转印至目标基体，形成功能器件的技术。转印技术主要通过高聚物印章(Stamp)实现，其流程可分为拾取和印制两个过程：拾取过程，即利用印章将功能器件(或无机薄膜)从其施主基体上剥离；印制过程，即利用印章将功能器件(或无机薄膜)印制到受主基体上。在转印过程中，印章/器件/基体之间的分离和黏附过程可看作界面竞争断裂的过程，在拾取过程中，印章/器件界面的黏附要强，也就是印章/器件界面的黏附力要大于器件/基体界面的黏附力才能实现拾取，而在印刷过程中，印章/器件界面黏附要弱，也就是印章/器件界面黏附力要小于器件/基体界面的黏附力才能实现拾取。由于器件/基体的界面黏附通常是不易或不宜改变的，要实现高效的转印，最大的挑战是如何调控印章/器件界面黏附的强弱转化。转印的过程实际上是界面竞争断裂的过程，因此界面的黏附性能与断裂性能的调控(尤其是印章/器件界面)对转印效率有着重要影响。

2. 国内外研究现状分析

微纳米加工技术制备的微纳米尺度的功能结构和器件是保证微纳米技术得以发展的先决条件。微纳米加工技术是如今科学研究的热点，各种新技术、新方法层出不穷，除了传统的光学、电子束和x射线曝光技术，近二十年提出了基于聚合物材料塑性变形的纳米压印技术(nano．imprint lithography)，利用毛细管力作用的毛细管微造型技术(micromoulding in capillary)以及基于材料间不同粘附能的微纳米转印技术(transfer patterning)等非传统微纳米加工技术^[2]。对这些非传统微纳米加工技术的研究和实现这些新型技术的产业化是把握微纳米加工技术的发展动向、提高我国微纳米加工技术水平的重要手段，对促进我国微纳米加工技术的发展具有重要意义。

1995年华裔科学家周郁（stephen chou）首先提出纳米压印的概念^[12]，热压印的出现开始了纳米压印的研究热潮；1997 年第一台纳米压印机在奥地利问世；1998 年出现了滚动压印；1999 年以紫外曝光为基础的步进-闪光压印技术出现，并且出现了专门用于纳米压印的聚合物；2002 年直接压印、逆向压印、多层压印和聚合物墨水压印等新技术相继被提出。随着技术的进步，新的压印技术在不断出现^[7]。纳米压印光刻技术^[6]的研究始于普林斯顿大学纳米结构实验室stephen y．chou教授，将一具有纳米图案的模版以机械力(高温、高压)在涂有高分子材料的硅基板上等比例压印复制纳米图案，其加工分辨力只与模版图案的尺寸有关，而不受光学光刻的最短曝光波长的物理限制，目前nil技术已经可以制作线宽在5nm以下的图案^[1]。纳米压印术^[5]是软刻印术的发展，它采用绘有纳米图案的刚性压模将基片上的聚合物薄膜压出纳米级花纹，再对压印件进行常规的刻蚀、剥离等加工，最终制成纳米结构和器件。

模内转印技术作为一种面板加工工艺，将薄膜、油墨、印刷图案塑料注塑等一系列技术整合起来。由于其具有较好的抗腐蚀性，因此在汽车内饰件设计过程中可以保持较高的精度。在汽车内饰件领域，模内转印技术经常应用于仪表盘、空调面板等机械制造当中。随着汽车内饰件制造愈发趋向个性化和自由化，模内转印在汽车内饰件制造当中的应用必将保持较好的市场前景^[9]。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：通过查阅国内外文献，了解微纳（米）转印技术的特点和应用；分析该技术中所涉及的粘弹性材料特性的描述方法；以转印硅纳米带为例，采用abaqus软件模拟转印过程，讨论该过程的动态特性和粘弹性对转印效果的影响。

研究计划：

第1~2周：查阅文献资料，翻译英文文献，完成开题报告；

4. 研究创新点

探求硅纳米带转印效率的率相关性。

即研究撕起速度对表征应力集中程度和断裂效率的影响，并关注结构的动态响应及粘弹性对转印效果的影响。