织构化柔性材料的加工工艺及力学特性研究开题报告

1. 研究目的与意义

柔性材料是指具有低弹性模量的高分子材料，如聚二甲基硅氧烷、超高分子量聚乙烯、形状记忆聚合物等，和硬质材料相比他具有较好的摩擦学性能。所以在纳米转印技术和纳米压印等中得到广泛的应用。

大量仿生学的研究表明，在不改变材料成份的前提下，将表面织构技术应用到柔性材料中，即通过一定的加工工艺在材料表面制备出具有一定形状和排列的图案，将显著改善材料的摩擦、磨损和黏附等性能。比如：在摩擦纳米发电机中pdms表面加工具有棱锥形或圆柱形的织构有利于提高纳米发电机的输出开路电压；在微纳米转印技术的柔性印章表面引入织构，可实现在转移器件的过程中增大印章和器件之间的黏附，而在印制器件的过程中减小印章和器件之间的黏附，从而提高转印的成功率。目前，用于制备表面织构的方法很多，如光刻刻蚀法、气相沉积法、扫描探针加工法和激光表面造型法等，其中，光刻刻蚀法是加工柔性材料表面织构最常采用的方法。

本课题拟研究在软材料（如pdms）表面加工六边形和棱锥形织构的方法，并对织构化软材料薄膜的拉伸性能进行有限元分析。主要内容包括：（1）研究模板表面织构加工的光刻、刻蚀方法，分析加工工艺流程及关键工艺参数的选取，绘制掩模版图和工艺流程图；（2）研究基于模板制备pdms织构化表面的方法，制定详细的工艺流程；（3）基于非线性有限元软件对织构化软材料pdms薄膜在载荷作用下的变形和应力状态，并改变材料参数进行对比分析。

2. 国内外研究现状分析

表面织构技术是改善摩擦副表面摩擦学特性的有效手段。目前,表面织构已经在缸套、滑动轴承和机械密封等工程技术领域中获得了成功的应用。因此,低成本、高效率、高精度的表面织构加工技术已成为制造领域的研究热点。国内外研究学者提出了多种表面织构加工手段:

电解加工^[1](electrochemical machining, ecm)与工件材料的硬度无关,加工表面无热影响层,。电解加工是利用工件阳极在电解液中发生阳极溶解的原理,将工件加工成形的一种制造技术。由于电解加工过程中,工件材料的减少过程以离子的形式进行,因此这种溶解去除方式使电解加工技术在微细制造领域有着巨大的发展潜力。

激光加工^[2]是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化,汽化或化学降解.并借助气流吹除熔融物质，从而实现材料分离，进行加工。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

学习微纳加工方法；探寻软材料表面仿生织构的应用；分析在软材料（如pdms）表面加工六边形和棱锥形织构的方法，制定详细的加工工艺流程；对织构化软材料薄膜的拉伸性能进行有限元分析。

研究计划：

4. 研究创新点