摘 要

在硅烷和活性剂分子均无法单独改变硅表面的润湿性能的情况下，本课题通过加入活性剂分子，改变硅烷与硅表面之间的表面张力，从而达到对硅表面的润湿性能进行改性和控制的目的。

在本课题讨论的几种活性剂分子中，硬脂酸是对硅表面润湿性能的改善较为优异的活性剂，也可从中窥视出各类活性剂分子和硅烷在对硅的表面润湿性能的改善中会起到促进或抑制的作用。

关键词：活性剂分子 硅表面 润湿性能

Wetting properties of active agent molecules and silicon surfaces

Abstract

In the case that both silane and activator molecules can not change the wettability of silicon surface alone, this topic changes the surface tension between silane and silicon surface by adding activator molecules, so as to achieve the purpose of modifying and controlling the wettability of silicon surface.

Among the active agent molecules discussed in this paper, stearic acid is an excellent activator for improving the wettability of silicon surface. It can also be seen that various activator molecules and silane can promote or inhibit the improvement of the wettability of silicon surface.

Key Words: Active agent molecule; Silicon surface; Wetting propert

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2润湿性能介绍及研究方法 1

1.2.1 润湿性概念 2

1.2.2 润湿性的影响因素 2

1.2.3 润湿性的测量方法 4

1.2.4 润湿性在材料工程中的意义 5

1.3表面活性剂 5

1.3.1 表面活性剂的吸附性 5

1.3.2 表面活性剂种类 5

1.3.3 表面活性剂的基本性质和应用 6

第二章 实验方法 7

2.1主要原料及试剂 7

2.2主要实验设备 7

2.3材料的制备 7

2.4硅表面润湿性的测量 11

第三章 实验结果与讨论 12

3.1不同活性剂分子对单晶硅润湿性能影响结果分析 12

3.1.1 活性剂分子在甲基三乙酰氧基硅烷作用下对单晶硅表面润湿性能的影响 12

3.1.2 活性剂分子在丙基三甲氧基硅烷作用下对单晶硅表面润湿性能的影响 14

3.1.3 活性剂分子在全氟辛基三甲氧基硅烷作用下对单晶硅表面润湿性能的影响 16

3.2不同活性剂分子对多晶硅润湿性能影响结果分析 17

3.2.1 活性剂分子在甲基三乙酰氧基硅烷作用下对多晶硅表面润湿性能的影响 17

3.2.2 活性剂分子在丙基三甲氧基硅烷作用下对多晶硅表面润湿性能的影响 19

3.2.3 活性剂分子在全氟辛基三甲氧基硅烷作用下对多晶硅表面润湿性能的影响 21

第四章 实验结论与展望 24

4.1实验结论 24

4.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1研究背景

当今世界化石能源被不断开发，存量日趋减少。人类为了未来生存发展与需求不得不开发污染更小、采取更方便、可循环利用的能源以达到持续发展的目的。风能、水能、核能、太阳能等行业的兴起，意味着我们已经从化石能源时代开始步入新能源时代。在环境问题愈发严重，风能水能受地域的地理性质有所局限的情况下，太阳能存量充沛、易取得、无需搬运和运输的巨大优势被凸显出来，而如何将太阳能更高效率、成本更少地转换为电能变成了目前技术攻克的主要目标。所以，太阳能电池的发展显得尤为重要和紧迫，而硅作为一种优秀的半导体材料在太阳能发电原理中所需的光电效应显得举足轻重。而在研究中，如何改变和控制硅片在化学腐蚀中的腐蚀程度是一个十分重要的命题。 在过去的研究中，发现钢材表面润湿性和空蚀破坏程度有一些有规律的对应关系，对具有氢端基(疏水表面)和氧端基(亲水表面)的金刚石膜在旋转圆盘空蚀实验下的空蚀破坏进行了研究, 发现疏水表面在实验4 h后产生了蚀坑, 而亲水表面没有发现类似的蚀坑, 认为生长于疏水表面的气泡发生溃灭是空蚀破坏的重要原因^[1]。因此，通过什么样的方式以改变硅表面的润湿性对硅在化学腐蚀中的腐蚀强度起到控制作用值得我们进行进一步的探究。本课题意图通过用活性剂改变硅表面的表面张力从而得到润湿性能的改变。

1.2润湿性能介绍及研究方法

由于金属材料在生产使用过程中易被腐蚀，所以提高金属材料的表面疏水性可减少金属材料与酸性、碱性等污染液体相接触反应，以提高金属材料的抗污染性和抗腐蚀性；而在大量工业行业的车间生产中又需要提高固体与液体之间的亲水性以达到润滑的目的，所以对各类材料表面润湿性的改变对于我们未来的研究而言十分有必要。为了调控材料表面的润湿性，人们通过接枝、涂层、腐蚀等众多方法从化学组成和微观结构两个方面对材料进行了改性，并取得了良好的结果^[2]。

1.2.1 润湿性概念

润湿是指液体与固体接触，使固体表面能下降的现象，常见的润湿现象是固体表面上的气体被液体取代的过程。例如在水干净的玻璃板上铺展，取代原有的固-气界面，形成了新的固-液界面，这个过程的完成与液体和固体的表面性质以及固-液分子的相互作用密切关联^[3]

在实际表面上对润湿性的研究，不仅要考虑重力的影响，大多数表面都是不均匀且粗糙的，并且物体表面的杂质也会对固体表面进行污染，这些因素均可影响接触角的最终测量结果。接触角的测量影响因素可分为材料表面本身的影响和外界环境，而材料组成和结构的因素处于主导地位。

1.2.2 润湿性的影响因素

据各类研究表明，只有固体表面最外层与液体接触到的原子性质和结构排列情况可以影响物质固体表面的润湿性能。因此一般我们想要达到改变其润湿性能的目的从改变微观结构着手。

微观结构之所以会控制物体表面润湿性，是因为其微观几何结构对物体表面的粗糙度有着举足轻重的影响。微观结构对材料表面润湿性的影响，目前已有两种经典理论可以对其进行分析和解释，即Wenzel理论和Cassie理论。