薄膜/涂层的摩擦学设计及其研究进展

介绍了近年来有机分子自组装薄膜(SAMs)、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)类金刚石薄膜(DLC)、液相法制备类金刚石薄膜、功能梯度薄膜以及绿色环保电化学沉积镀层的制备及其摩擦学研究进展,讨论了薄膜/涂层的制备方法和影响薄膜/涂层结构及其摩擦学性能的各种因素,评述了几种具代表性的薄膜/涂层摩擦磨损机理,分析并指出了SAMs、DLC、梯度薄膜和电镀镀层的摩擦学研究方向.     

运动黏度在FLC薄膜-白油固液复合润滑体系中的作用

利用直流等离子体沉积技术制备了含氢类富勒烯碳膜(FLC),在工业级白油润滑条件下考察了FLC薄膜润湿性、摩擦学特性和白油运动黏度对整个固液复合润滑体系的影响。研究结果表明:在5~150 mm~2/s的考察范围内,白油的运动黏度越小,其对FLC薄膜的润湿性越好;随着运动黏度的增大,白油分子量增加且分子链变长,在薄膜表面油膜吸附增强,油膜厚度增加,FLC薄膜摩擦系数逐渐减小,于32 mm~2/s时达到最小值(0.114),随着黏度进一步增大,过高的运动黏度增加了黏性阻力和摩擦阻力,FLC薄膜摩擦系数反而上升;同时,FLC薄膜的磨损率随黏度增大而减小,当黏度超过26 mm~2/s之后,变化幅度趋缓。     

球形金属表面球磨制备石墨烯薄膜摩擦特性研究

采用球磨的方法实现了在钢球表面制备大面积连续的石墨烯薄膜,考察其随球磨时间变化,石墨烯薄膜在钢球表面的包裹程度、形貌变化、结构演变过程、结合性能及摩擦学性能. 研究表明:随着球磨时间的增加,石墨烯在钢球表面团聚减少,包裹更加均一,结构趋于有序;当球磨时间达到50 h时,在钢球表面形成分布均匀且大面积连续的石墨烯薄膜,使与含氢类金刚石碳薄膜组成配伍的平均摩擦系数从裸钢球的0.043降至0.022,磨痕深度和宽度都显著降低. 经胶带粘取100次或乙醇中超声清洗30 min后球磨制备石墨烯薄膜仍然粘附于钢球表面,在氩气环境下石墨烯薄膜表现出优于钢球的摩擦磨损性能.      

SiH_4与Na、Mg和Be等金属氢化物分子间反向氢键相互作用

在B3LYP/6-311++g**、MP2/6-311++g(3df,3pd)及MP2/aug-cc-pvtz水平上分别求得H3SiH…MeHn(Me=Na,Mg,Be;n=1或2)复合物势能面上的3个稳定构型,探讨了以Si-H为电子供体的红移反向氢键相互作用(IHB).经MP2/6-311++g(3df,3pd)水平的计算,在3个复合物中,含基组重叠误差(BSSE)校正的单体间相互作用能分别为-5.98、-8.65和-3.96kJ.mol-1,与MP2/aug-cc-pvtz水平下计算得到的-6.18、-9.12和-4.28kJ·mol-1接近,可见3个反向氢键复合物的相对稳定性顺序为:SiH4...MgH2SiH4...NaHSiH4...BeH2.NBO分析及对相关原子化学位移的计算表明,在复合物中,电子流向总体表现为SiH4→MeHn(n=1或2),且直接参与反向氢键形成的H3的化学位移向低场移动.与传统氢键相比,这里Si1-H3既是氢键供体,又是电子供体,从而形成反向氢键相互作用.另外,采用分子中原子理论(AIM)分别对各复合物中相关键鞍点处的电子密度拓扑性质进行了分析,结果表明3个复合物中均存在以静电性质为主的分子间反向氢键弱相互作用.     

单电子卤键复合体系H_3C…Br—Y(Y=H,CN,NC,CCH,C_2H_3)的作用机制

对单电子溴键复合物H3C…Br—Y(Y=H,CCH,CN,NC,C2H3)的结构与性质进行了理论研究.在B3LYP/6-311++G**水平上计算了稳定构型并做了频率分析.BSSE矫正的相互作用能(EBSSE)和NBO及AIM分析输入的波函数在MP2/6-311++G**水平下完成.复合物H3C…Br—Y中,CH3(供电子体)自由基均提供一未成对电子与Br—Y中Br(受电子体)形成了单电子溴键,此单电子溴键也具有三电子键的特征.单电子溴键的形成导致甲基H的背向Y弯曲和Br—Y键的拉长及红移单电子溴键复合物的产生.考察了电子受体中不同取代基,C(spn)-Br杂化及溶剂的存在对复合物作用的影响,将单电子氢键,单电子卤键和单电子锂键的作用强度做了对比,进一步对Popelier提出的氢键体系中的前三个重要拓扑指标在单电子溴键体系中的重现性进行了探讨.     

CH3SH…HOO开壳型氢键复合物的结构及其电子密度拓扑性质

在DFT-B3LYP/6-311++G**水平下求得CH3SH…HOO复合物势能面上的稳定构型. 计算结果表明, 在HOO以其O8—H7作为质子供体与CH3SH分子中的S5原子为质子受体形成的氢键复合物1和2中, O8—H7明显被“拉长”, 且其伸缩振动频率发生显著的红移, 红移值分别为330.1和320.4 cm-1; 在CH3SH分子以其S5—H6作为质子供体与HOO的端基O9原子为质子受体形成的氢键复合物3和4中, 也存在类似的情况, 但S5—H6伸缩振动频率红移不大. 经MP2/6-311++G**水平计算的4种复合物含BSSE校正的相互作用能分别为-20.81, -20.10, -4.46和-4.52 kJ/mol. 自然键轨道理论(NBO)分析表明, 在CH3SH…HOO复合物1和2中, 引起H7—O8键长增加的因素包括两种电荷转移, 即孤对电子n1(S5)→σ*(H7—O8)和孤对电子n2(S5)→σ*(H7—O8), 其中后者为主要作用. 在复合物3和4中也有相似的电荷转移情况, 但轨道间的相互作用要弱一些. AIM理论分析结果表明, 4个复合物中的S5…H7间和O9…H6间都存在键鞍点, 且其Laplacian量▽2ρ(r)都是很小的正值, 说明这种相互作用介于共价键和离子键之间, 偏静电作用为主.     

四羧酸丁烷型聚酰亚胺气体分离膜的制备和性能

聚酰亚胺是近度发展的一类良好气体分离材料，它耐高、低温、耐化学介质，机械性能好，具有很好的气体透过选择性。本文通过合成四羧酸丁型脂肪族聚酰亚胺气体分离膜材料，以拓展已有的只限于芳香型聚酯亚胺膜材料的范围，首次探讨了这种脂肪型聚酰亚胺材料的结构形态，透气性能，溶解性能及聚合物链柔顺性与透气性能的关系。     

支座位移非线性迭代法确定软管平衡形态

在海洋工程计算领域软管空间形态的非线性分析是特别复杂的课题,更加困难与令人易于受挫的研究方向是寻求软管在各种外荷载作用下软管的平衡形态。本文通过支座位移非线性迭代法结合空间梁结构非线性有限元分析理论加Newton-Raphson荷载增量法成功地解决了这一问题,并进行了相关的实验研究。边界条件考虑了固端约束与铰支约束,浮力既可分布作用也可集中作用在软管的任意位置。计算结果表示本文理论的正确性,在工程应用上具有重要的意义。     

硅烷自组装膜及硅烷／二氧化钛复合膜的XPS表征与摩擦性能研究

利用分子自组装膜技术制备了有机硅烷／纳米ＴｉＯ２复合膜,并用ＸＰＳ进行了表征。摩擦磨损试验结果表明,硅烷自组装膜可以降低基片的摩擦系数,但其强度较弱,这可能是由于硅烷与结合强度较弱、硅烷／ＴｉＯ２复合膜的摩擦系数比硅烷自组装膜的摩擦系数小,而且耐磨寿命大幅度较高。摩擦５０次以后,硅烷／ＴｉＯ２复合膜的摩擦系数突然增大并超过干净基片的摩擦系数,这可能是由于ＴｉＯ２微粒磨损脱落并团聚所致。     

含氮类金刚石薄膜的力学和摩擦学性能的研究

利用脉冲等离子体增强化学气相沉积系统沉积了含氮类金刚石碳薄膜.利用X射线光电子能谱和红外光谱分析了薄膜的化学键状态,在UMT摩擦磨损试验机上考察了薄膜的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜分析了摩擦对偶球表面的转移膜形貌.结果表明:随着薄膜中氮含量的增加,薄膜中的sp2C含量增加,硬度有所降低,薄膜的平均摩擦系数先减小后增加.