《超薄膜界面流變特性與界面效應的研究》是依託清華大學，由張向軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超薄膜界面流變特性與界面效應的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張向軍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微納米製造和系統的液態工作介質往往以超薄膜狀態存在，例如納米壓印的阻蝕劑(＜100nm)、磁頭-磁碟的潤滑薄膜(＜10nm)等。超薄膜流體的流變特性與界面效應成為這些微納米系統實現高精度與高可靠性的關鍵瓶頸。厚度在幾納米到數十納米的超薄膜流體在壁面約束下往往呈現強烈粘彈性流變規律，而且產生與體相流變差別明顯的'界面流變'特徵，與固液界面效應(包括邊界滑移、固體晶格誘導排列、吸附與潤濕、薄膜分離壓、熱力學不穩定聚集等)密切聯繫、相互耦合，相關測試模型與分析理論均亟待突破。針對此,本項目採用原子力顯微鏡、石英晶體微天平等建立基於超薄膜流體粘彈性特徵的界面流變測試模型；進而，利用流變學、表面力學和熱力學理論分析和揭示界面流變特性與上述界面效應的機理和耦合作用，並結合模擬測試提出針對微納系統的界面流變與界面效應控制技術,包括外加物理場、液體分子與界面修飾等。本研究將對微納米製造與系統有基礎性價值。
結題摘要
首先，在薄膜流變的測試技術上，採用石英晶體微天平、流變儀、UMT、DSC等以及外加電場的控制，實現了超薄膜液晶的粘彈性流變特徵的研究，並研究了其相應的潤滑特性；在石英晶體微天平上，設計製備了納米級到微米級受限厚度可控的nanocell，並結合基底設計控制其剪下層分子排列方式來測試超薄膜的流變回響，揭示了受限液晶粘彈性流變中的尺度效應與界面效應；利用研發的薄膜液體粘彈性試驗機測試測試驗證了納米級超薄膜剪下中的弛豫時間以及剪下粘彈性的尺度效應與界面效應； 採用上述測試技術與建立的方法，在超薄膜材料各種界面效應機理及與界面流變行為的研究方面，選用了不同液體潤滑劑材料（商用潤滑劑、十六烷、甘油等）以及向列相液晶（作為結構明確並可控的潤滑劑分子）等進行了研究；並採用製備了不鏽鋼、矽、二氧化矽、PTFE、polyimide等多種基底實現測試了對不同液體薄膜的不同界面吸附與錨定作用，測試研究了流變規律的變化；建立了考慮液晶分子微結構特徵、界面相互作用的薄膜流變分析三明治模型。 為實現可實用化的超薄膜界面流變與效應的控制技術，利用外加電場等方式，改變近壁面液體的分子排列方式，從而揭示和控制了液晶分子的反電粘規律；通過表面的分子排列修飾與控制，實現了液晶薄膜流變等效粘度的可控制幅度在300%的變化；利用薄膜流變模型和潤滑分析，揭示了潤滑薄膜在邊界潤滑中的界面機理以及失效規律。
