多层石墨烯作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能

以膨胀石墨为原料,采用不同溶剂,通过液相超声直接剥离法制备多层石墨烯,利用透射电子显微镜、原子力学显微镜对其形貌进行了表征,在多功能往复摩擦磨损试验仪上研究了石墨烯石蜡分散体系的摩擦学性能。通过扫描电镜、能谱仪分析了磨痕形貌及表面元素组成。结果表明:多层石墨烯作为液体石蜡添加剂表现出良好的减摩抗磨性能,主要是因为多层石墨烯在磨损表面形成的物理吸附膜与摩擦化学反应膜的共同作用。     

Ti/Ti-类金刚石多层膜的制备与表征

采用电子回旋共振-化学气相沉积结合中频磁控溅射的真空镀膜技术, 以99.99%Ti为靶材, 乙炔为碳源制备了Ti/Ti-类金刚石(DLC)多层膜. 利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪 对Ti/Ti-DLC多层膜进行了相结构、组织、成分及形态分析. 采用显微硬度仪、摩擦磨损仪、表面粗糙度仪对Ti/Ti-DLC多层膜进行了力学性能考察. 结果表明: Ti/Ti-DLC多层膜中主要含有TiC晶相; Ti层和Ti-DLC层中未出现柱状晶体生长模式, 分层中均以岛状模式生长; 当调制周期Λ≤ 50 nm时, 分层结构变模糊; 调制周期Λ对Ti/Ti-DLC多层膜的复合硬度、摩擦系数、表面形貌、表面粗糙度都有影响, 当调制周期Λ较小时表现出纳米增硬效应, 表面出现大颗粒, 表面粗糙度和摩擦系数均变大.     

悬空石墨烯对其表面金纳米膜形貌的影响

石墨烯与金属间的相互作用是石墨烯器件研究中的关键问题之一,其涉及石墨烯器件的电学接触、锂离子电池石墨烯电极、石墨烯金属光学等方面.本文重点研究了不同层数的悬空石墨烯表面金纳米膜退火前后的形貌演化过程,观测到两个重要的现象:1)排除基底影响后的悬空石墨烯层数可以通过金纳米膜的形貌特征进行确认,但其随层数的变化趋势与有基底支撑的石墨烯正好相反;2)退火处理后的悬空石墨烯上的金纳米膜形貌演化过程具有类似水滴在荷叶上的行为.对悬空石墨烯表面金属纳米膜在退火前后的形貌变化规律及其现象背后的物理机理进行了详细的讨论和理论解释.     

悬浮石墨烯摩擦特性

石墨烯作为固体润滑剂在微/纳米机电系统中具有巨大的应用潜力.本文在SiO_2/Si基底上制备了微孔阵列,将石墨烯剥离在微孔上,形成悬浮结构.使用原子力显微镜研究悬浮石墨烯和支撑石墨烯的摩擦特性,结果表明:悬浮石墨烯表面摩擦力比基底支撑石墨烯明显减小,同时在支撑石墨烯上出现的摩擦增强效应也消失.随着石墨烯厚度的增大,面外刚度逐渐增大,悬浮石墨烯与支撑石墨烯的摩擦力差异逐渐减小.此外,使用预磨损探针时,悬浮石墨烯和支撑石墨烯的摩擦力都显著增大,且悬浮石墨烯的摩擦力依然比支撑石墨烯小.通过对比不同厚度石墨烯,不同针尖半径时悬浮石墨烯与支撑石墨烯表面摩擦力的变化,揭示了面外变形对石墨烯摩擦力的影响,为有效提高石墨烯固体润滑剂的摩擦性能提供了理论指导.     

不同基底石墨烯涂层的层间滑移减磨性能研究

石墨烯薄膜作为一种二维材料，是提高微/纳机电系统(MEMS/NEMS)摩擦力学性能的优异润滑剂.为了探究基底材料和石墨烯层数对其减磨性能的影响，本文通过在不同基底制备了不同层数的石墨烯涂层，利用原子力显微镜(AFM)实验和分子动力学(MD)仿真结合的方法，研究了石墨烯层数对减磨效应的影响.并且通过建立不同层数石墨烯涂层的摩擦性能分析模型，探究出石墨烯层间滑移是产生减磨的主要因素.结果表明:在不同载荷下，石墨烯涂层对硅基底和铜基底均有优异的减磨效果，摩擦力随着石墨烯层数的增加逐渐降低，当石墨烯层数大于10层时，达到最优99.3%的减磨效果.通过仿真分析发现，随着层数增加，石墨烯与基底的干摩擦转变为石墨烯的层间摩擦，并产生层间剪切滑移，石墨烯层间滑移是导致多层石墨烯优异减磨性能的主要因素.     

硼酸盐润滑油添加剂的摩擦化学机理研究

硼酸盐润滑油添加剂的摩擦磨损表面经小面积Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和剖面ＸＰＳ分析发现，摩擦磨损表面生成了复杂的摩擦化学保护膜，该保护膜主要由吸附膜，沉积膜和摩擦化学产物组成，特别是ＢＮ化学物的生成，有利于改善其抗磨减摩性能。     

激光冲击强化H62黄铜摩擦磨损性能研究

采用高能激光束对H62黄铜进行单层和三层激光冲击强化(LSP),研究激光冲击前后微观组织、截面显微硬度以及表面粗糙度的变化,发现激光冲击明显细化了H62黄铜的晶粒,形成纳米结构层,并增加了其显微硬度和表面粗糙度,且显微硬度和表面粗糙度随冲击层数的增加而增大。利用UMT-2摩擦磨损实验机分别对原始试样、LSP试样进行摩擦磨损实验,分析了三种试样的摩擦系数、磨损率和磨痕形貌差异,发现在相同的摩擦条件下,LSP试样的摩擦系数和磨损率均比原始试样小,且随着冲击层数从单层增加到三层,摩擦系数和磨损量变得更小,表明LSP能够提高H62黄铜的耐磨性,多层LSP对H62黄铜耐磨性的提升效果更佳。激光冲击后,试样的磨损机制由以剥层磨损为主转变为以磨粒磨损为主。     

光抽运多层石墨烯太赫兹表面等离子体增益特性的研究

本文建立了光抽运多层石墨烯表面等离子体模型,计算了光抽运多层石墨烯等离子体传播系数的实部和吸收系数,讨论了动量弛豫时间、温度、层数、准费米能级对表面等离子体传播系数的实部和吸收系数的影响.研究结果表明,光抽运多层石墨烯使其动态电导率的实部在太赫兹频段内出现负值时,石墨烯表面等离子体实现增益.通过光抽运剥离层石墨烯和含有底层石墨烯结构表面等离子体传播系数和吸收系数比较,表明光抽运剥离层石墨烯能更有效地实现表面等离子体的增益.同时,在低温下,光抽运具有合适层数的石墨烯比光抽运单层石墨烯能获得更大的表面等离子体增益.     

液相电化学法制备类金刚石薄膜及其摩擦性能研究

采用自行设计的液相法沉积装置,以甲醇有机溶剂作为碳源,利用液相电化学沉积技术在不锈钢及Si基底上制备了类金刚石薄膜;用扫描电镜、Raman光谱仪表征了沉积薄膜的表面形貌和结构;用UMT-2M摩擦磨损试验机对两种沉积薄膜进行了摩擦性能测试。结果表明:经电化学沉积的类金刚石薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332cm-1处有强的谱峰,与金刚石的特征峰相吻合,其中不锈钢基底上薄膜的sp3含量更高;不锈钢基底沉积膜的摩擦系数为0.12,Si片基底沉积膜的摩擦系数为0.10;不锈钢基底沉积膜的耐磨性较Si片沉积膜高。     

等离子体喷涂Sn和ZrO2涂层／U-Nb合金摩擦副的摩擦性能

探讨用等离子体喷涂方法制备降低较高强度材料与U-Nb合金之间的摩擦性能的减磨层的可行性以及这些减磨层的摩擦特性。选用Sn为软涂层，ZrO2为硬涂层。采用Sulzer METCO9M等离子体喷涂机制备了Sn单层、ZrO2单层、Sn／ZrO2双层、Sn ZrO2混合层等4种涂层。利用CSEM型销盘型摩擦磨损试验机分析了半径为3mm的U-Nb合金对偶销在涂层上滑动时的干摩擦特性，滑动速度分别为0．42，6．4，26．16cm／s。涂层为典型的等离子体喷涂涂层形貌。表面为Sn的涂层颗粒熔合状况和致密性比ZrO2单层好，其粗糙度低，Sn ZrO2混合涂层表面形貌与ZrO2单层相近。Sn和ZrO2分别以bcc结构的Sn和四方结构ZrO2结构存在。