飞秒激光辐射纳米薄膜脱附的能量输运机理研究

从微观能量传输角度,对飞秒脉冲激光的辐射传热及其产生的金属薄膜吸附层分子脱附过程的能量输运机理进行了研究。以非平衡态传热和随机过程理论为基础,建立了描述吸附分子脱附过程的数学模型;并分别对单脉冲与双脉冲飞秒激光辐射下,金属Ru基体表面层的电子和声子的温度分布、吸附层分子CO的脱附概率分布进行了数值模拟。其结果与实验规律相符,为飞秒脉冲激光应用于微机电系统中杂质脱附提供了重要信息。     

考虑中性层位置变化的微悬臂梁气体传感器静态模型的分析

微悬臂梁是一种高灵敏度的生化传感器,论文考虑吸附表面应力引起的中性层位置的变化,采用能量法建立了微悬臂梁在单层分子吸附稳定后的静态弯曲模型,并以表面吸附有水蒸汽分子的微悬臂梁为例,研究了微悬臂梁曲率半径随其厚度、杨氏模量及吸附分子间距的变化规律以及中性层位置变化对微悬臂梁传感器性能预测的影响,结果发现:(1)微悬臂梁的曲率半径与其杨氏模量、厚度及吸附分子问距之间可以近似用一次、二次和八次函数关系表示;(2)中性层变化导致的曲率半径计算误差,随着微悬臂粱厚度、杨氏模量的增加而减小,但影响较小,而吸附分子间距会对该相对误差产生明显影响;(3)中性层位置变化会对微悬臂梁传感器灵敏度和表面应变预测产生明显的影响.     

镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究

采用粉末冶金复压复烧工艺制备铜基石墨复合材料,考察了不同载荷条件下铜基石墨复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在载荷20～60 N条件下,含6%(质量分数)石墨的铜基复合材料经历了轻微磨损、中等磨损到严重磨损3个过程;石墨颗粒表面镀镍可以提高石墨与铜合金基体的界面结合强度以及磨损过程中所形成的转移层与基体间的粘附性能,含6%镀镍石墨的铜基复合材料的自润滑性能得到改善,只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.     

温度对10MW高温气冷堆用石墨摩擦性能的影响

采用SRV标准摩擦磨损试验台研究了温度对10MW高温气冷堆用石墨IG-11在空气和氦气中的摩擦性能的影响．结果表明：在空气中，室温、100℃、200℃和300℃下石墨的摩擦系数相当，400℃下石墨的摩擦系数最小；在氦气中，室温时石墨的摩擦系数最大，而其它温度下的摩擦系数相对较小．其原因在于，石墨在较高温度下同空气发生氧化反应，在摩擦表面形成具有减摩作用的反应膜，从而使摩擦系数减小．在氦气中，摩擦系数的减小主要归因于石墨层间范德华力的减小。     

石墨氧化物分子沉积膜的制备及其摩擦学行为研究

采用分子沉积技术制备了石墨氧化物（GO）－聚二丙烯二甲铵（PDDA）多层超薄膜，用紫外和红外光谱对超薄膜的结构进行了分析，用原了力显微镜考察了薄膜的表面形貌及纳米摩擦学行为。结果表明：石墨氧化物分子沉积膜可以降低玻璃表面的摩擦系数；其摩擦系数随载荷增大而降低；该分子沉积薄膜良好的润滑性能归因于其较低的表面剪切强度。     

润滑剂作用能力的分子轨道指数判据——润滑剂分子极性基团与金 …

采用分子轨道指数研究润滑剂分子与金属表面间相互作用的能力,通过比较键合原子净电荷以及分子间相互作用的最高占据轨道能级和最低空轨道能级的大小发现,醇和羟基化金属表面的氢键力大于酯与羟基化金属表面的氢键力。根据分子轨道能量近似原则和反应性能指数大小指数大大判断,酯和裸露的金属原子之间的作用强于醇,醇和酯复配的润滑剂通过发挥各自的优势而强化润滑剂分子与金属表面之间的作用,从而表现出协同减摩效应。     

利用液体炸药爆轰制备石墨烯薄片

强氧化性酸的环境下,石墨易形成石墨层间化合物(GICs),利用石墨这一特性,将天然石墨置于发烟硝酸中,并加入硝基甲烷,配制成液体炸药,使用塑料容器盛装后放入爆轰反应釜中引爆。收集爆轰产物,并利用XRD、EDX、SEM、TEM、Raman光谱、比表面积与孔隙度分析仪进行分析,结果显示:制备出的石墨烯具有良好的晶体特性并呈现极薄的片状结构,其比表面积达到天然石墨的9.16倍,平均厚度约为14.73 nm。     

润滑剂作用能力的分子轨道指数判据--润滑剂分子极性基团与金属表面之间的相互作用

采用分子轨道指数研究润滑剂分子与金属表面间相互作用的能力 ,通过比较键合原子净电荷以及分子间相互作用的最高占据轨道能级 (EHOMO)和最低空轨道能级 (ELUMO)的大小发现 ,醇和羟基化金属表面的氢键力大于酯与羟基化金属表面的氢键力 .根据分子轨道能量近似原则和反应性指数大小判断 ,酯和裸露的金属原子之间的作用强于醇 ,醇和酯复配的润滑剂通过发挥各自的优势而强化润滑剂分子与金属表面之间的作用 ,从而表现出协同减摩效应 .     

纳米级石墨晶体层片力学性能的等效模型及分析

石墨晶体是由碳原子以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成共价键,在其平面内再构成网状层片结构。文中对基于原子键合力能关系的CCBE等效模型和经典的BEAM单元等效模型作了比较分析。其中CCBE包括两个节点,每个节点包含三个平移自由度。与经典BEAM单元相比,其两个节点均没有转动自由度。CCBE和BEAM单元的各个参数可以通过石墨晶体的相关实验获得。通过对石墨晶体层片的拉伸、剪切等效模型的柔度(刚度)系数计算分析,并与实验数据相对比,验证了CCBE等效建模方法的正确性和合理性。该等效建模方法为研究石墨的微观结构、性能等提供了一种有效的数值模拟方法。     

纳米尺度下烷烃润滑薄膜分层现象和速度滑移机制的分子模拟研究

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究了纳米尺度下十六烷润滑薄膜的分层现象和速度滑移现象,重点考察了剪切速度对速度滑移现象的影响规律,并对其中的微观机理作出了解释.研究结果表明:在铁壁面的限制情况下润滑薄膜出现了分层现象,当润滑薄膜厚度超过50?时,其中间区域呈现出体相均质流体的特征.润滑薄膜层间滑移和界面滑移的临界剪切速度分别为5.5和7.5?/ps,随着剪切速度增加,界面滑移程度增强,而层间滑移程度减弱.润滑薄膜第1和2层十六烷分子层间桥接分子数目决定层间滑移程度,随着剪切速度增加,桥接分子数目也相应增多,层间滑移程度随之减弱.     

基于蒙特卡洛法的页岩气吸附特性研究

页岩气的吸附特性主要依赖于甲烷分子在纳米孔隙中的吸附行为。本文运用巨正则蒙特卡洛法(GCMC)分析甲烷分子在石英、蒙脱石、有机质纳米孔中的吸附行为,研究气体压强、环境温度、孔径对甲烷吸附性能的影响规律。分子模拟结果表明:甲烷分子在有机质纳米孔中的吸附量明显大于在蒙脱石和石英纳米孔中的吸附量。在孔壁附近0.5nm范围内,甲烷分子近似平行于孔壁分布;而在远离孔壁面,甲烷分子的分布比较分散。三种纳米孔中吸附气所占比例在46.56%～82.20%之间。在相同温度和压强下,甲烷吸附量随着孔径的增大而线性增加;在相同温度和孔径下,甲烷吸附量随着压强的增大而增大,二者之间的物理关系可以近似采用幂函数进行描述,甲烷分子的吸附比例随着压强的增大而近似于线性减小;在相同压强和孔径下,甲烷吸附量随着温度的升高而线性降低。     

六方氮化硼的电子结构与润滑性能的关系的探讨

本文用EHMO半经验分子轨道方法计算了六方氮化硼(HBN)的电子结构,探讨了其与常温润滑性能的关系,并同石墨进行了比较。指出HBN与各种金属材料的摩擦性能同金属中电子转移的易难程度有着密切的关系。并初步讨论了HBN高温润滑性能得到改善的原因。     

Cu663合金表面石墨-铜三维复合润滑层的构筑与摩擦学性能研究

借助激光微加工技术,将柔性石墨纸加工成规则排列的多孔结构,利用多孔柔性石墨纸在Cu663合金表面构筑石墨-铜三维复合润滑层结构. 分别考察了表面石墨-铜三维复合润滑层在干摩擦和海水腐蚀环境下的摩擦学性能,并揭示了摩擦磨损机理和腐蚀机理. 结果表明:该三维复合润滑层结构具有优异的自润滑性能,且通过改变纹理图案和尺寸参数可有效调控其摩擦学性能. 当Cu663合金表面三维复合润滑层石墨表面密度为50%时,干摩擦条件下的摩擦系数和磨损率分别为0.14 ± 0.01和(5.10 ± 1.33) ×10?6 mm3/(Nm),相较于无润滑层的Cu663样品摩擦系数0.53和磨损率(2.97 ± 0.57) ×10?4 mm3/(Nm)分别降低73%和2个数量级. 在海水腐蚀环境中,表面石墨-铜三维复合润滑层的铜与石墨纸界面产生微弱电极,对三维复合润滑层的腐蚀摩擦性能起到至关重要的作用.      

天然鳞片石墨与油溶性添加剂相互作用的研究

考察了天然鳞片状石墨与润滑油脂中几种常用油溶性添加剂的相互作用及其对油品润滑性能的影响．结果表明：仅添加石墨的润滑油的润滑性较差，而添加石墨与含活性基团添加剂的油品润滑性明显提高，石墨与润滑油中几种添加剂具有良好的配伍性和一定的协同作用．利用Ｘ射线光电子能谱仪检测了不同工艺条件下以石墨与含活性元素Ｓ的添加剂复合后Ｓ在石墨上的吸附量．石墨与某些添加剂的协同作用是在摩擦过程中相互作用形成了复合膜的结果．     

含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层的摩擦磨损性能

以水作为分散介质,制备了含MoS2、石墨和Sb2O3等组分的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层;其具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含挥发性有机化合物（VOC）,是一类具有很好发展前景的环保型固体润滑涂层。采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验机考察了所制备的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层的摩擦磨损性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了涂层磨损表面和转移膜的形貌,以及涂层磨损表面典型元素的化学状态,进而探讨了其润滑失效机理。结果表明：所制备的水性环氧树脂粘结固体润滑涂层具有良好的减摩抗磨性能;Sb2O3与MoS2之间,以及石墨与MoS2之间具有一定的协同减摩抗磨作用。相应的协同减摩抗磨作用分别源于机械相互作用以及水蒸气吸附导致的石墨层间吸引力减弱;而涂层发生润滑失效的主要原因为疲劳磨损和微断裂。     

含二硫化钼、石墨和三氧化二锑的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能

以水作为分散介质,制备了含MoS2、石墨和Sb2O3等组分的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层.该涂层具有价格低廉、无毒、不燃等优点,并且不含挥发性有机化合物(VOC),是一类具有很好发展前景的环保型固体润滑涂层.采用MFT-R 4000型往复摩擦磨损试验机考察了所制备的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层的摩擦磨损性能;利用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了涂层磨损表面和转移膜的形貌,以及涂层磨损表面典型元素的化学状态,进而探讨了其润滑失效机理.结果表明:所制备的水性环氧树脂黏结固体润滑涂层具有良好的减摩抗磨性能;Sb2O3与MoS2之间,以及石墨与MoS2之间具有一定的协同减摩抗磨作用.相应的协同减摩抗磨作用分别源于机械相互作用以及水蒸气吸附导致的石墨层间吸引力减弱;而涂层发生润滑失效的主要原因为疲劳磨损和微断裂.     

Fe-Mo-石墨和Fe-Mo-Ni-石墨的高温摩擦磨损行为

采用粉末冶金技术制备了Fe-Mo-石墨材料(FM)和Fe-Mo-Ni-石墨材料(FMN),分析了其显微组织及组成,并研究了其在室温、320 ℃和450 ℃下的摩擦磨损性能.结果表明:FM 和FMN两种复合材料主要含有铁素体、珠光体、Fe₃Mo金属间化合物、Mo₂C、Fe₂MoC以及少量石墨,各相分布均匀.FMN较FM珠光体数量要少, Ni元素的加入在一定程度上抑制了珠光体的生成;室温条件下,富含石墨的摩擦层发挥了减摩作用,而在高温条件下,复合材料中的石墨与对偶表面生成的Fe氧化物Fe₂O₃+Fe₃O₄+FeO·Cr₂O₃对其减摩降磨至关重要.     

氢原子在裂纹端点区的漂流与减内聚力模型

根据Barenblatt的设想,接近裂纹端部的裂纹面间应有内聚应力,应力峰值即为内聚强度。本文采用Schmidt和Woltersdorf考虑内聚应力影响的裂端应力场,在基于立方晶胞因为有氢原子存在而发生四方变形的假设下,建立了氢原子在裂端区的漂流模型。模型指出氢原子可从裂纹面漂流到裂端前的一个小区域,降低了该区域的应变能密度和晶体平面间的内聚强度。研究结果还发现,当变形的晶胞是沿[100]方向延长,且裂纹面是在(100)平面时,裂端有最大的氢浓度,同时内聚强度也减少最多;即氢引致的开裂平面是最可能发生在(100)平面系。讨论中,将模型的预测与实验结果进行了比较,并把模型推广到氢引致晶间开裂的情形。     

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.     

石墨双层在外力作用下的变形特性

利用原子力显微镜的探针将石墨的双原子厚片层进行撕裂操作,发现石墨片层只沿特定的方向撕裂和折叠;进一步还发现被撕开的片层在探针的作用力下有可能被压缩或拉伸,被压缩的片层会恢复到原来的形状,但被拉伸的片层却不能恢复到原来的形状.