电沉积镍/金刚石复合镀层微结构制备及硬度测试

针对在电子器件上镀覆纯镍无法满足高硬度、高强度以及强耐磨性需求的现状,采用电沉积的方式制备了纳米金刚石增强镍基的复合镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)对制备的复合镀层的表面形貌进行表征,并对其进行了维氏硬度(HV)测试。结果表明,嵌入粒径100 nm金刚石颗粒的镀层,HV由镍单层膜的236提升至403,提高了约70.76%。对比嵌入粒径为500 nm的镀层样品,硬度提高了约59.29%,验证了镀覆粒径为100 nm金刚石颗粒的复合电镀膜可有效提高镀层的硬度。最后,将镍/金刚石复合镀层的制备技术与LIGA工艺体系整合,研制了镍/金刚石基弹簧型的微结构。

SOI基底上制备的用于检测机器人手指接触力的微压阻式力传感器

为了使工业机器人可以稳定、高效地完成夹持任务,设计并制备了三种不同结构的微压阻式力传感器。利用热氧化、硼扩散掺杂、光刻、反应离子刻蚀、物理气相沉积和阳极键合等微电子机械系统(MEMS)加工工艺在绝缘体上硅(SOI)基底上制备出了尺寸均为2 mm×2 mm×0.5 mm的三种微压阻式力传感器。通过封装前后对三种传感器在z方向上的应力灵敏度测试,结果表明第二种传感器的灵敏度较佳,封装前可达0.18 mV/mN,封装后仍可达0.096 mV/mN,仅减少了0.084 mV/mN,仍具有良好的线性关系,输出特性的趋势与预计一致。同时,这三种不同结构的传感器各方向之间的串扰均小于5%,非线性小于满量程的3%。通过封装前后力传感器性能对比,为优化此类传感器设计提供了实验数据,为后续配置在机器人的指尖上实现高效、稳定的操作提供了参考。

防抖动小型热压印装置的研制

针对传统的纳米压印装置的压头存在定位偏移、压印压力施加不均匀以及脱模过程中粘连等现象,设计并研制了防抖动的小型热压印装置。通过使五边形压头直连拉伸实验机以及对稳定装置和活塞帽形状的改进,可有效保证压印过程以及脱模过程中压印压力的均匀性。利用扫描电子显微镜(SEM)分别对压印压力7.5、20和40 MPa下制备的微结构进行了表征和分析。结果表明,压印压力为7.5 MPa时微结构的图形转移效果更优,制备的微结构最小直径可达3μm。验证了改进后的热压印装置可有效提高定位精度,进而保证压印精确性,且通过缩减热压装置的体积,可实现微结构低成本、高效及大规模的生产。