无掩模定域性电沉积微镍柱工艺研究

无掩模定域性电沉积技术是一种以增材制造方式进行电化学沉积的先进制造方法。用定域性电沉积方法沉积微镍柱结构,通过实体显微镜和扫描电镜观察微镍柱沉积高度、直径及微观形貌,并根据测量结果计算平均沉积速率,设计双因素实验研究脉冲电压、电解液浓度、添加剂及电极间隙对定域性电沉积微镍柱的影响。结果表明:微镍柱平均直径及平均沉积速率随脉冲电压增大均快速增大,脉冲电压大于4.0V时微镍柱更为致密,但表面弯曲且粗细不均;不同脉冲电压下,改变电解液浓度产生的影响不同,主要影响微镍柱沉积速率及表面形貌;添加剂(PPS-OH)使微镍柱表面形貌变得光滑平整、光亮度增加,微镍柱平均直径及沉积速率随添加剂含量增大而减小;电极间隙主要影响微镍柱沉积形态及沉积速率,电极间隙大于10μm时沉积得到的微镍柱逐渐呈现圆锥状,平均沉积速率减小明显。当脉冲电压4.2V、氨基磺酸镍含量300g/L、添加剂(PPS-OH)含量0.5g/L及电极间隙10μm时,无掩模定域性电沉积得到的微镍柱形状规整、粗细均匀且表面光滑平整。

基于无掩模定域性电沉积的3D打印平面微结构工艺研究

平面微结构在偏振光栅、表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)等方面有着广泛的应用。基于无掩模定域性电沉积技术,采用尖锥状探针式微型阳极逐层扫描的方式,打印简单金属平面微结构;分别采用数字显微镜、扫描电子显微镜对平面微结构进行尺寸数据测量及微观形貌观测。研究了打印层数、电压和极间距对线条宽度及成型质量的影响规律,试验结果表明,当打印层数为80~220时,随着打印层数的增加,线条宽度保持在320μm左右,没有发生明显变化;当电压较小(<4.2 V)时,线条表面主要由粗大的胞状颗粒构成;电压增大至4.4~4.6 V时,可以打印出平滑均匀、直线度良好的线条;当电压增大至4.8 V时,线条高度方向上的均匀性变差,发生树枝晶状生长;当电压从4.2 V增大至4.8 V时,线条宽度先增大后减小;极间距从40μm增加至80μm时,线条成型质量没有发生明显变化,线条宽度在不断增大。综上所述,打印层数(>80层)并不会影响平面微结构的线条宽度,电压比极间距对平面微结构的线条宽度与成型质量有着更为显著的影响。

电沉积3D打印图案化微结构工艺优化与应用

通过单因素实验研究了阳极扫描速率和加工电压对成形件整体轮廓、微观形貌及沉积层厚度的影响规律。结果表明:随着阳极扫描速率的增大,成形沉积层的厚度逐渐减小,成形件表面的均匀性与微观结构致密性将得到逐步改善;随着加工电压的增大,沉积层厚度呈现先线性增加后急剧增大的趋势,成形件的直线度、表面均匀性与致密性呈现出先提高后降低的趋势,并逐渐转变为树枝晶状生长。当阳极扫描速率为25μm/s、加工电压为4.6 V时,电沉积3D打印的图案化结构可实现最小层厚0.97μm的打印,内部沉积层之间、沉积层与阴极基底之间均结合紧密。