用侧向力显微镜对不同非晶态GeSbTe薄膜的摩擦性能研究

采用侧向力显微镜研究了磁控溅射方法制备的GeSbTe薄膜在大气环境中的纳米级摩擦性能,考虑了相对湿度、扫描速度及表面粗糙度对其摩擦性能的影响,对比不同成分的GeSbTe薄膜的摩擦特性.结果表明:在相对湿度较大时,扫描速度对针尖和GeSbTe薄膜之间的摩擦力影响很大;在其它条件相同、外加载荷较大时,同一载荷下的摩擦力与表面粗糙度呈线性关系,但在外加载荷较小的情况下,二者呈现非线性变化规律;相对湿度对Ge2Sb2Te5薄膜和针尖的粘附力影响较GeSb2Te4薄膜弱,且粘附力使得摩擦系数减小;在同一相对湿度下,由于薄膜成分的变化导致硬度不同,其对薄膜的摩擦性能也有一定影响.     

竹叶青蛇腹鳞的超微结构及减阻机理

用原子力显微镜观察了竹叶青蛇腹鳞表面的超微结构;在微观多功能摩擦磨损实验机上,对腹鳞．不锈铜球摩擦副进行了摩擦试验;分析了腹鳞的减阻机理．试验结果表明：竹叶青蛇腹鳞的超微结构由三角形微凸体、微孔和凹坑周期排列而成;腹鳞表面的平均摩擦因数为0．183,且与载荷无关;腹鳞的摩擦阻力主要是粘着力和微凸体变形的滞后阻力．腹鳞的减阻机理是：微凸体减少了腹鳞的实际接触面积,从而降低了粘着力;微孔和凹坑分泌、存储的极性润滑液以及腹鳞表面的疏水性可以减小水的粘附力．     

造粒氧化锆增强复合材料的摩擦学性能及优化

摩擦材料是汽车、航空等领域的关键制动材料,为了提高摩擦性能的有效性和稳定性,该文采用定速式摩擦磨损试验机研究了造粒氧化锆对摩擦材料摩擦磨损性能的影响,采用偏好指数选择(preference selection index, PSI)法进行了综合摩擦学性能优化,结果表明:当造粒氧化锆质量分数为10%时,复合材料的综合摩擦学性能最优,摩擦系数达到0.49。综合考察了磨损率、摩擦系数、恢复率、衰退率、稳定系数、摩擦波动和变化系数等因素在衰退和恢复测试过程中的变化规律,并通过对磨损表面的观察分析了造粒氧化锆增强复合材料的摩擦磨损机理,证明了稳定接触区的形成有利于获得优异摩擦系数和低磨损率。     

几种微构件材料的表面能及纳观黏附行为研究

对微机电系统（MEMS）中几种常用构件材料的表面能及其主要影响因素进行了探讨,并与材料表面的纳观黏附性能进行了分析比较.用Owens二液法计算出硅基材料的表面能在60—75 mJ/m²之间,它们之间总表面能的差异主要归结为表面能极性分量的差异,表面粗糙度的存在使表观表面能有所偏高.施加自组装分子膜后的表面能大为降低,粗糙度的存在可以使其表面能进一步减小.纳观黏附力和表面能之间有一定的对应关系.另外,在研究中发现表面粗糙度对纳观黏附行为的影响较小. 关键词： MEMS 表面能 纳观黏附 粗糙度     

溅射功率对GeSb2Te4膜形貌及力学性能的影响

利用电子回旋共振CVD设备的射频磁控溅射方法制备了GeSb2Te4膜,采用原子力显微镜、纳米硬度计以及侧向力显微镜考察了不同溅射功率对GeSb2Te4膜表面微观结构以及力学性能的影响．结果表明：在一定的溅射功率范围内,由于薄膜生长方式从三维向二维的转化,薄膜的表面粗糙度随功率的增大而降低,而且薄膜致密度也随之提高,从而使得非晶态GeSb2Te4膜硬度和弹性模量增大．利用能量密度理论对这一现象进行了分析．另外,由于表面能等因素的影响,功率为63W制备的GeSb2Te4膜粘附力较高,摩擦系数却较小．     

热处理对GeSb2Te4薄膜微观结构及其摩擦性能的影响

利用射频溅射法制备了GeSb2Te4薄膜并对其进行热处理,分析热处理前后样品的结晶情况,用纳米硬度计测定硬度,利用静电力显微镜表征样品的表面电势,采用原子力显微镜观察薄膜表面形貌,利用侧向力显微镜对比考察了在考虑相对湿度的情况下,热处理前后GeSb2Te4薄膜的粘附力和摩擦性能.结果表明:经过退火的沉积态GeSb2Te4薄膜发生从非晶相到fcc亚稳相再到hex稳定相转变;粘附力与表面粗糙度之间没有明显的对应关系,但与样品表面自由能和表面电势有一定关系;在低载荷下GeSb2Te4薄膜的摩擦力很大程度上受粘附力支配,而在高载荷下的摩擦力受犁沟影响显著;经过340 ℃退火GeSb2Te4薄膜由于具有层状结构,呈现出一定的润滑作用.     

GeSb2Te4相变薄膜表面形貌的分形特征

在Si（111）基底上用磁控溅射法以不同射频功率制备GeSb2Te4薄膜，利用高度相关函数法对薄膜的原子力显微镜图像进行分形计算，得到表面形貌的分形维．结果表明，分形维的大小与薄膜表面质量成正比，而表面粗糙度不能全面描述薄膜表面形貌；溅射功率对薄膜表面微观结构有直接影响，在一定范围内，增大溅射功率可以提高薄膜表面质量，但超过一定值后，又会降低薄膜表面质量．并指出利用分形维可以优化溅射工艺参数．