第十四届全国表面工程大会

500 / 2023-02-28 15:15:54

TiN纳米柱薄膜光热效应研究

NiTi合金,光致动器,斜入射沉积,TiN纳米柱,光热效应

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NiTi形状记忆合金由于拥有优异的形状记忆效应，其可作为致动器被广泛应用于微机电系统和航空航天领域。NiTi合金形状记忆效应的产生需要外加热量的驱动，而笨重的外加热单元会显著限制NiTi致动器的广泛应用。在本研究中，我们设计出了一种具有纳米柱结构的TiN薄膜，其高效的光热转换效率，将光能转换成热能，产生的热量用以驱使NiTi合金相变，代替外加热单元，驱动NiTi光致动器。本研究利用磁控溅射技术，通过斜入射方法在NiTi合金表面沉积纳米柱结构的TiN薄膜，通过改变基片与靶材的倾斜角度（0°、45°、80°），调控TiN纳米柱微观结构，研究TiN薄膜在室温环境下的光热性能、样品的形状回复能力以及多次回复过程中薄膜的性能稳定性。主要研究结果表明：

1.  NiTi合金上沉积的TiN薄膜，在200—1200nm波段内，随倾斜角度增加，薄膜对光的吸收率增加，80°沉积的样品对光的吸收率最高达94%。随着沉积倾斜角度增加，TiN薄膜的光热转换效率增加；

2.  NiTi合金样品的回复性能可通过改变TiN薄膜的沉积角度而调控，沉积角度越大，回复能力越强，在强度为0.5W/cm²的808激光照射下，80°沉积的样品回复程度达到88%；

3.  由于TiN纳米柱之间空隙的存在，45°、80°沉积的TiN薄膜比0°沉积的TiN薄膜具有更加优异的机械稳定性能，经过100次弯曲回复试验后，45°和80°沉积样品并未出现明显的薄膜失效现象。