3-巯基丙基三乙氧基硅烷自组装膜摩擦学性质研究

利用自组装技术将3-巯基丙基三乙氧基硅烷薄膜沉积在单面抛光的单晶硅基片上.用X射线光电子能谱仪测量薄膜的化学成分;用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌;用接触角测量仪测量薄膜的接触角;在摩擦试验机上考察薄膜的摩擦学性能与接触角之间的关系.结果表明:薄膜的接触角随着组装时间的增加先增加后减小然后再增加,表明MM分子在单晶硅基片上的自组装是逐层进行的,当MM完成一层组装时,其薄膜表面自由能较低,所表现出的接触角较大;薄膜的摩擦磨损性能与接触角成对应关系,接触角增大,摩擦因数减小,抗磨损能力提高.     

氨基表面组装薄膜的构筑及其微观摩擦学特性

以二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(TA)作为分子底层,采用两步组装的方法在单晶硅基底表面制备一系列相同结构不同分子链长的自组装双层薄膜。利用椭圆偏光测厚仪、接触角测定仪、原子力显微镜(AFM)等对薄膜的形成及微观摩擦力进行表征。研究结果表明,低表面能的疏水性末端基团有利于降低薄膜的摩擦力和摩擦因数;组装分子碳链长度的增加有助于形成有序性强和致密度高的组装薄膜,从而减小薄膜表面的摩擦力和摩擦因数。     

沉积时间对MPTS自组装膜摩擦学性质的影响

利用分子自组装技术在羟基化后的单晶硅硅片表面制备(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)自组装膜,用X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的表面结构进行表征,用JGW-360a型接触角测量仪测量硅片表面的接触角,用UMT-200型微观摩擦磨损实验机测量硅片的摩擦因数,探讨沉积时间对自组装膜的摩擦学性能的影响。结果表明:MPTS自组装膜具有亲水疏水性能,其对水的接触角超过60°;硅片表面沉积MPTS可以大幅度降低硅片的摩擦因数,使硅基片表面的摩擦因数由无膜时的0.6降至0.25左右,且具有很好的耐磨性;沉积时间对硅表面自组装膜的摩擦学性能影响较大,在本实验条件下,0.5 h沉积时间所制备的MPTS-SAM硅片的耐磨性最佳,1 h沉积时间制得的硅片表面最为光滑。     

铜表面硅烷自组装膜的制备及其摩擦学特性的研究

利用分子自组装技术在纯铜表面制备十七氟葵基硅烷单分子膜,用X射线光电子能谱对薄膜的表面结构进行表征,分析自组装膜的成膜机制,并利用UMT-3摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。接触角测试表明,该薄膜具有疏水性,其对水的接触角达117°。摩擦磨损实验结果表明,铜片表面沉积硅烷单分子膜可以大幅度降低铜基片的摩擦因数,使铜基片表面的摩擦因数由无膜时的0.8降至0.23,且在低负荷下具有很好的耐磨性。     

氨基表面自组装膜成膜及摩擦性能研究

运用原子力显微镜与接触角测量仪研究了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自组装膜不同成膜时间的表面形貌平均粗糙度、接触角,并进行了XPS(X射线光电子能谱)元素分析,表明APTES自组装膜以“岛”状生长,随着反应的时间的延长,岛的数量急剧增加,形成平整光滑的膜,进一步延长成膜时间,可能形成多层膜,从而平均粗糙度先增大再减小然后再增大,表面性质一直变化不大。微摩擦磨损实验研究表明,APTES自组装膜大大降低镀Cr钢球与硅片之间的摩擦因数,摩擦因数从0.71左右降低到0.16左右,在分子级润滑中有广阔的应用前景。     

磁头表面含氟硅烷自组装膜的制备和摩擦学性能

利用分子自组装技术,在磁头表面制备1H,1H,2H,2H-全氟葵烷基三乙氧基硅烷(FTE)自组装膜。应用时间飞行二次离子质谱仪(TOF-SIMS)、原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪对FTE自组装膜进行表征。通过O lympus磁头磁盘界面可靠性测试系统对FTE自组装膜的摩擦学性能进行研究。实验结果表明磁头表面可制备膜厚1.2 nm、接触角值110.6°、表面粗糙度0.198 nm的FTE单层自组装膜。FTE单层自组装膜能够降低磁头起停过程的粘着力、增强磁头的摩擦性能,具有良好的耐磨性能。     

TiAlN涂层耦合织构固体表面润湿性能研究

根据微米级表面织构的形貌参数对比分析2种润湿模型下接触角计算公式,采用飞秒激光系统在不锈钢表面加工4种形貌的表面织构,随后在织构化表面通过物理气相沉积TiAlN涂层沉积,得到“织构+TiAlN涂层”的表面。通过实验测量涂层沉积前后、表面织构加工前后固体表面接触角,确定适用于微米级尺度的润湿接触角计算模型,并分析不同测量条件下表面织构形貌参数影响织构化表面润湿性能的作用机制。结果表明：沉积的TiAlN涂层对不锈钢表面润湿性能的影响非常有限,表面织构形貌参数对润湿性能有一定的影响;在微米级尺度上,Wenzel接触状态下的接触角计算公式更适用,其计算结果也更接近织构化表面接触角的实际测量值;单个织构的方向性和多个织构间的排列方式对润湿性能影响较大,织构的投影长度越大,接触角越小,润湿性能也越差。     

多晶硅微机械构件损伤的表面效应

利用电磁力驱动微拉伸装置，考察多晶硅微构件表面粗糙度和施加表面分子自组装膜(octadecyltrichlorosilane，简称OTS)对抗拉强度及断裂损伤的影响。结果表明，微构件的抗拉强度表现出依赖表面性质的表面效应。抗拉强度随表面粗糙度的增加而降低，并受环境气氛的影响。当构件表面施加表面分子自组装膜后，在以上两因素的作用下．多晶硅微构件的抗拉强度提高了32．46％。研究结果可用于微机械构件的材料表面改性设计。     

界面性质对流动滑移特性影响的实验研究

采用分子自组装技术在微圆管道内壁生成一层单分子Octadecyltrichlorosilane(OTS)膜来改变其界面性质,使亲水性管道表面变成疏水性表面。利用亲水性和疏水性表面内径50μm的微管道,通过测量其流量的方法观察了去离子水在不同界面性质表面的管道中的流动滑移情况。实验结果表明,在亲水性表面管道中,去离子水流动的压力-流量关系符合经典的Navier-Stokes方程;去离子水在自组装一层单分子OTS膜管道流动时,由于去离子水在斥水性微管道中的流动出现了表面滑移,其流量增大约8%,去离子水流动的压力-流量关系不再符合经典的Navier-Stokes方程。     

硬脂酸改性CuO-TiO2薄膜的摩擦学性能

采用溶胶-凝胶技术在钢基底上制备CuO-TiO2薄膜,再用自组装技术在薄膜表面沉积硬脂酸分子获得有机-无机复合薄膜。利用接触角测量仪和X射线粉末衍射仪研究薄膜的润湿性和晶体结构,用球盘型微纳摩擦磨损试验机研究薄膜在干摩擦条件下与轴承钢球往复滑动的摩擦学性能。结果发现,CuO-TiO2薄膜经硬脂酸改性后得到的双层薄膜呈现高疏水状态,对水接触角达135°,具有优异的摩擦学性能,这主要是由于双层薄膜可充分利用CuO-TiO2薄膜自身的耐磨特性与脂肪酸薄膜的减摩特性以及两者之间可能存在的协同作用。