论文部分内容阅读
铁电材料以其良好的压电、铁电性能在换能器、传感器、铁电存储器件方面有非常广泛的应用。作为一种非常优良的有机铁电聚合材料,Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE)的自发极化强度接近10C/cm2,在室温下的铁电系数d33约为-38pm/V,并且由于其极好的生物兼容性,在能量获取和生物传感方面都有很大的潜在应用价值。但是不同的应用需要不同的微纳结构。随着器件小尺寸,高密度和高性能的要求,出现了很多制作微纳结构的工艺技术,例如自组装、电子束光刻、聚焦离子束、X光刻蚀、紫外光刻和“蘸笔”光刻。其中自主装不能很好的控制图形尺寸的大小和规整性,这一点明显限制了它的应用。尽管电子束刻蚀、聚焦离子束、X光刻蚀和紫外刻蚀能够制作出很好的微纳结构图形,但是他们制作成本高、耗时,并且这些工艺在很大程度上会损坏有机铁电材料的表面,对它的压电铁电性能造成不同程度的影响。然而从一开始就以低成本、高速度在微纳图形制作方面得到了快速发展的纳米压印技术在这方面有了明显的优势,本文主要研究了利用新型纳米压印工艺制作有机铁电材料P(VDF-TrFE)的微纳结构以及压印后P(VDF-TrFE)薄膜结构的压电铁电性。第二章首先对微纳加工工艺和纳米压印做一个简单介绍,然后介绍有机铁电材料PVDF和P(VDF-TrFE)的压电、铁电性质。第三章节中叙述了不用热处理温度和时间对P(VDF-TrFE)薄膜材料表面形貌和结晶度的影响。实验研究中采用的是热压印工艺,温度处理是前烘。由于温度对P(VDF-TrFE)的结晶度有影响,从而影响该有机铁电材料的性质,所以为了研究压印的影响,先分析了只在烘箱下加热到压印温度时,温度和时间对该铁电材料表面形貌和结晶的影响。第四章首先介绍一次和两次热压印方法制作P(VDF-TrFE)有机铁电薄膜结构；其次介绍如何在控制温度、压力等工艺条件下制作良好的复杂压印图形结构并且保持P(VDF-TrFE)良好的铁电性能；并且介绍了一次压印和两次压印的关系以及两次压印面临的挑战和解决方法；最后简单介绍复杂结构的P(VDF-TrFE)有机铁电薄膜材料在生物、存储器和其他方面的应用。第五章介绍了利用电子力显微镜(AFM),压电力显微镜(PFM)测试在优化的纳米压印工艺下制作P(VDF-TrFE)复杂结构的表面形态和压电铁电特性。第六章节主要是对该论文的总结和展望。实验结果表明有机铁电材料P(VDF-TrFE)在不同温度、热处理时间下有不同的表面结构和形态。两次纳米压印制作铁电压印结构,第一次压印和第二次压印的工艺条件不尽相同,要严格控制铁电压印条件。初步实验研究表明在合适的压力和温度下纳米压印不但能制作出高质量复杂的P(VDF-TrFE)有机铁电结构并且还能保持良好的压电铁电性能。利用纳米压印制作的P(VDF-TrFE)结构更有利于P(VDF-TrFE)有机铁电材料的应用,比如多位存储器。另外我们可以看出利用简单的两次纳米应用工艺技术可以制作出高质量的复杂结构,有利于仿生,表面湿润性的研究。