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2019年1月8日上午,2018年度国家科学技术奖励大会在北京举行。由清华大学教授、中国科学院院士雒建斌率领的研究团队完成的“摩擦过程的微粒行为和作用机制”研究成果获得国家自然科学奖二等奖。

微粒在摩擦相关过程中普遍存在,其行为和特性往往决定了摩擦的规律和表面的损伤。特别是在典型摩擦过程----集成电路制造中的化学机械抛光,微粒的行为控制对获得近零损伤表面至关重要。该项目主要发现点是:(1)实现了纳米微粒在线运动状态测量,首次在蒸发水滴中观测到Marangoni流动,提出了新的流动判据,应用于晶圆清洗干燥中,大幅度降低了晶圆表面残留颗粒的数量,远优于生产线的控制指标;(2)揭示出液体中纳米颗粒与固体表面的作用机制,制备出超光滑表面(Ra 0.05 nm);(3)提出了润滑油中纳米颗粒的减摩机制,通过纳米微粒对缺陷生长的抑制作用,实现了材料的强化。

这些创新成果为纳米摩擦学的发展提供了新的观测手段和理论,为微纳制造等应用提供了理论依据和技术支持。已应用于计算机硬盘、集成电路晶圆等的超光滑抛光和后清洗工艺中。上述工作的8篇代表作被他引640次,相关研究获得了机械领域第一个973项目和自然科学基金创新群体支持,有力促进了摩擦学科的发展。

项目主要完成人为清华大学雒建斌院士、张晨辉教授、路新春研究员、徐学锋教授、郭丹研究员,主要完成单位为清华大学。雒建斌院士研究团队在硬盘和芯片制造领域、超滑领域以及薄膜润滑领域均获得了突破性成果。截至2018年度,该研究团队获得国家技术发明三等奖1项,国家自然科学二等奖2项,国家科技进步二等奖1项,省部级科技奖10项等。

图1蒸发水滴中的Marangoni循环流动的发现及流动判据。

   图2表面粗糙度为0.05nm的单晶硅表面。                                                                         图3金刚石颗粒加入润滑油摩擦系数降低75%。

                             

图4 项目第一完成人在实验室工作。

图5 项目研究团队。

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