双层自组装分子/离子液体复合润滑薄膜的制备及其摩擦学性能研究

利用自组装和喷覆技术,在单晶硅(Si)表面制备了N-3-(三甲氧基硅烷基)丙基乙二胺(DA)-月桂酰氯(LA)-1-十二烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体(ILs)双层自组装分子/离子液体复合润滑薄膜(DA-LA-ILs).采用接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)对复合润滑薄膜进行了润湿性能、分子组分、微观形貌和微尺度黏附行为的研究;利用球-盘摩擦磨损试验机研究了该薄膜的摩擦学性能.结果表明:经DA-LA-ILs复合润滑薄膜改性后,有效改善了Si表面的微观黏着性能;同时,相较于DA-LA双层自组装分子膜改性的Si表面和直接由ILs修饰的Si表面,该复合润滑薄膜具有良好的宏观减摩抗磨性能.研究为DA-LA-ILs复合润滑薄膜应用于微机电系统,降低微接触表面的黏着并提高耐磨性能提供了理论依据和试验基础.     

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.     

仿生自组装纳米复合薄膜的制备与摩擦行为研究

利用分子自组装法在玻璃表面制备未聚合与聚合（丙烯酸十二醇酯／二氧化硅）有机－无机有序交替的层次纳米复合薄膜,并对其摩擦学行为进行了探讨。结果表明：未聚合或聚合薄膜的结构类似于海洋贝类的贝壳结构,与钢球对摩时都有较好的减摩性,摩擦系仅为0．1;而聚合薄膜的抗磨性能大幅提高,其失效循环次数为未聚合薄膜的6倍。     

二氧化钛薄膜材料的制备及其摩擦学研究

利用溶胶－凝胶法（Ｓｏｌ－ｇｅｌ）制备了单层及双层ＴｉＯ２薄膜材料,分析结果表明所制薄膜主要由非晶ＴｉＯ２纳米颗粒组成,单层及双层ＴｉＯ２与钢球及Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球对摩在轻载荷（３Ｎ）下具有良好的减摩与抗磨性能,与钢球对摩时失效循环次数分别为３７６和１８５６,与陶瓷球对摩时失效循环次数分别为２２８０和２３４３,玻璃基片主要发生脆性裂纹及严重的磨粒磨损,ＴｉＯ２薄膜则发生塑性变形及轻微磨粒磨损。     

铜表面高疏水薄膜的制备及摩擦学性能的研究

通过简单两步法在金属铜表面构筑高疏水薄膜,首先金属铜经氢氧化钠化学刻蚀处理后在表面构筑微纳结构薄膜,然后覆盖硬脂酸薄膜以实现高疏水.采用扫描电子显微镜、X-射线光电子谱、傅里叶红外光谱仪和接触角测量仪等手段表征了金属铜表面高疏水薄膜的形成机制和表面形貌,并利用微纳米摩擦磨损试验机研究了高疏水薄膜的减摩耐磨特性.研究结果发现:在氢氧化钠处理导致的表面微织构化效应以及脂肪酸自组装薄膜的纳米润滑效应的联合作用下,金属铜表面形成的高疏水薄膜具有明显的减摩和耐磨特性.     

ZrO_2/rGO多层复合薄膜的构筑及其摩擦学性能研究

将层层自组装(LBL)技术与原位还原过程相结合在单晶硅片表面成功构筑了与基底结合牢固、性能优异的氧化锆/还原氧化石墨烯(ZrO2/rGO)多层纳米复合薄膜.试验中,引入了具有强附着性和还原性的物质-多巴胺,使得氧化石墨烯(GO)片的表面锚固和原位还原可以一步完成.另外,ZrO2粒子的表面组装通过简单、温和的溶液沉积过程来实现.结果证明:复合薄膜中rGO和ZrO2的引入以及多层结构的构筑赋予复合薄膜许多优异的性能.在不进行热处理的情况下,所构筑的ZrO2/rGO多层薄膜表现出优异的力学性能(硬度:11.54 GPa)和摩擦学性能(摩擦系数:0.12~0.17),可作为减摩抗磨涂层被用于微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的表面保护和其他领域.     

碳纳米管复合膜的制备及其摩擦学性能

通过混酸对碳纳米管(CNTs)纯化,然后应用稀土溶液对纯化CNTs进行功能化,采用分子自组装技术在羟基化的玻璃基片表面制备了碳纳米管复合膜.运用原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌,使用X射线光电子能谱仪(XPS)分析了薄膜表面典型元素的化学状态,并采用UMT-2MT摩擦试验机评价了薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明:通过硅烷偶联剂3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)的磺酸基化学吸附功能,稀土改性后的碳纳米管可以成功组装到氧化后的硅烷化表面.当组装碳纳米管复合膜后,基片表面的摩擦系数由无膜时的0.85降到了0.10,表明复合膜可以降低基片的摩擦系数,并且在较低载荷下具有较好的耐磨性能,显示了其在微机构表面改性方面良好的应用前景.     

环氧改性的单晶硅表面聚合物薄膜的摩擦学特性研究

以3-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（GPMS）作为连接层,在单晶硅基底表面制备2,5-呋喃二酮与1-十八烯的共聚物（PMAO）聚合物薄膜.采用傅立叶变换红外光谱仪及原子力显微镜表征薄膜的结构,分别从微观和宏观摩擦学角度考察薄膜的摩擦磨损性能.结果表明：PMAO聚合物通过环氧硅烷分子与基底之间形成化学吸附,GPMS增强了聚合物/无机界面间的粘附性和稳定性;与空白基底相比,聚合物薄膜具有低摩擦系数和优异的抗磨性能,可以作为低载荷下硅基材料的抗磨减摩防护层.     

离子液体掺杂硅油薄膜的制备及其摩擦学性能研究

采用旋涂方法,利用硅油热交联反应在不同基底上制备了掺杂离子液体的硅油薄膜,用红外光谱仪表征了硅油薄膜的交联聚合行为,用DF-PM型静-动摩擦磨损试验机评价了薄膜的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜观察分析了薄膜及偶件磨损表面形貌.结果表明,在甲基化和羟基化基底表面制备的薄膜的摩擦学性能较差,而在乙烯基化基底表面制备的薄膜同钢球对摩时表现出很好的摩擦学性能,这主要是由于乙烯基化基底表面的薄膜可通过交联聚合反应而同基底形成较强的化学键合作用所致.在滑动摩擦过程中,薄膜的摩擦系数随速度增加而减小,这是由于相对较厚的润滑薄膜发生剪切变稀效应所致.     

对甲苯酚-AOT双组份超分子凝胶的制备及摩擦学性能研究

本文中报道了一类制备方法简单且成本较低的双组份超分子凝胶,其具有良好的减摩抗磨性能. 双组份凝胶的两种凝胶因子选择的是对甲苯酚(p-cresol)和琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠(AOT),它们在基础油中共同作用形成凝胶,将该双组份凝胶因子简称为p-cresol-AOT. 该双组份凝胶因子具有很强的自组装能力,可以凝胶化多种润滑油,包括矿物润滑油、合成润滑油和全配方商品润滑油等. 本文中通过氢谱核磁共振、红外光谱和RS6000旋转流变仪对凝胶的自组装机理和流变学进行研究,结果显示凝胶因子通过分子间非共价键作用发生超分子自组装. 采用微动摩擦磨损试验机(SRV-IV)对超分子凝胶润滑剂进行摩擦学评价,结果显示,p-cresol-AOT在不同的基础润滑油中形成的凝胶均能提高该基础油的耐极压,减摩和抗磨性能. 该凝胶润滑剂之所以具备良好的润滑性能主要归结于凝胶因子起到了润滑添加剂的作用,在摩擦过程中形成有效的边界保护膜从而减少了摩擦副的直接接触,起到了良好的润滑保护作用.      

硅表面自组装双层膜制备及其摩擦磨损性能研究

采用自组装方法在羟基化硅基底表面制备硬脂酸/环氧硅烷双层膜,采用接触角测定仪、椭圆偏光仪、红外光谱仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜和UMT-2MT型摩擦磨损试验机评价薄膜结构及其摩擦磨损特性.结果表明:自组装双层膜对水的接触角为96°,膜厚2.8 nm,双层膜中烷基链呈现较好有序性,在1 μm×1 μm扫描面积内表面均方根粗糙度(RMS)为0.227 nm.自组装硬脂酸/环氧硅烷双层膜能够有效降低基底的摩擦系数,摩擦系数稳定在0.12左右,同时表现出优异承载抗磨性能,在载荷0.5 N、1 N和2 N下,耐磨寿命分别为14 200 s以上、7 500 s和1 800 s.     

LANGMUIR—BLODGETT膜及其摩擦行为

本文回顾了Langmuir-Blodgett膜(简称LB膜)的发展简史,综述了各种类型LB膜的制备方法和利用其解决磁记录技术中超薄润滑问题的现状等,并且阐述了影响LB膜成膜质量的因素,论述了速度、负荷和LB膜之累积层数等对LB膜摩擦行为的影响。文章最后还提出了为把LB膜应用于摩擦学领域所必须深入研究的几个问题。作者认为,由于LB膜具有无与伦比的超薄和厚度容易控制,以及分子取向有序等诸多优点,故其除在磁记录技术中的应用外,对解决空间技术中的某些润滑问题及一些小负荷工况下的超薄润滑问题都将发挥重要作用。     

类金刚石薄膜表面有机单分子薄膜的制备及其摩擦性能研究

采用加热法在类金刚石薄膜表面制备1-十八烯自组装有机单分子薄膜,采用接触角测量仪及傅立叶变换红外光谱仪表征薄膜的结构,在原子力显微镜及UMT-2MT型摩擦磨损试验机上从微观和宏观2个角度考察了薄膜的摩擦性能.结果表明,经过十八烯修饰后,DLC薄膜表面疏水性能提高,摩擦系数明显降低,有利于DLC薄膜在微机电系统中的应用.     

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能

利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析 ,并进而探讨了磨损机理 .结果表明 ,在润滑条件下 ,石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小 ,金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损 ,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损     

Si-B-N复合薄膜的结构及摩擦学性能研究

利用三极射频-直流负偏压-等离子体增强化学气相沉积技术在45#钢表面制备了附着力较强的Si-B-N复合薄膜;采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析了所制备的Si-B-N复合薄膜的组成和结构,通过划痕试验和球-盘摩擦磨损试验考察了薄膜与基体的附着力及摩擦学性能.结果表明:通过合理地控制工艺参数,并对试样基体施加适当的直流负偏压,可以制得含六方氮化硼(h-BN)和立方氮化硼(c-BN)混合相的Si-B-N复合薄膜;而在Si-B-N复合薄膜表面引入沉积MoS2薄膜可以改善其摩擦学性能.     

硅表面聚苯乙烯自组装超薄膜的制备及摩擦磨损性能研究

研究了苯乙烯 -乙烯基三乙氧基硅烷共聚物在羟基化基片上的自组装行为及聚合物超薄膜的摩擦磨损性能 .结果表明 ,自组装聚合物薄膜的厚度和均匀程度取决于聚合物成膜溶液的浓度 .与空白基底相比 ,自组装膜修饰的基底在低载荷下同钢对摩时的摩擦系数更低 ,耐磨寿命更长 .因此 ,自组装聚合物薄膜可以作为低载荷下硅基材料的减摩抗磨防护层     

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。     

MoS_2 基共溅射薄膜摩擦学性能的研究

在球－盘滑动摩擦试验机上考察了法向载荷、盘转速、基体材料和环境气压及潮湿贮存时间对ＭｏＳ２基共溅射薄膜的摩擦因数和耐磨寿命的影响．结果表明：在给定的试验条件下，法向载荷增大时薄膜的稳态摩擦因数有所减小，而耐磨寿命明显缩短；几种不同金属基体对其表面薄膜摩擦因数的影响基本一致，但对耐磨寿命的影响差别较大；盘转速加快使摩擦因数和摩擦因数波动幅值都减小；环境气压降低（特别在真空中）时薄膜的摩擦因数降低，摩擦稳定性提高，耐磨寿命延长；在潮湿大气中贮存后，薄膜的摩擦因数和耐磨寿命均无明显变化．     

UHMWPE基体上沉积GLC薄膜及其摩擦磨损性能研究

改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)臼杯的耐磨性能是提高人工髋关节使用寿命的关键.本文在UHMWPE基体上采用非平衡直流磁控溅射沉积类石墨碳(GLC)薄膜,用扫描电镜、台阶轮廓仪考察了薄膜形貌和表面粗糙度,拉曼光谱分析了GLC薄膜的结构.用划痕仪和球-盘式摩擦磨损机研究了GLC薄膜与UHMWPE基体的界面结合力和GLC薄膜的摩擦磨损性能.结果表明:磁控溅射法制备的GLC薄膜与基体结合力大于90 N,且对表面粗糙度没有影响;表面镀覆GLC薄膜的体积磨损率为1.6×10-17 m3/(N·m),是UHMWPE的1/19.