纳米压痕技术及其应用

介绍了纳米压痕技术在微机电系统、材料科学、摩擦学性能研究、生物工程和信息技术等领域中的应用，以及纳米压痕技术在理论研究方面的进展及今后的研究重点。     

摩擦纳米发电机在自驱动微系统研究中的现状与展望

摩擦纳米发电机由王中林团队2012年首次发明,是基于机械界面摩擦起电与静电感应耦合效应的新能源技术,具有轻薄、柔性、选材广的特点,可收集人体与环境中的微小机械能,不但是一个微能源产生的新方法,更是机械传感的新途径。详述了摩擦纳米发电的机理、特性与理论模型。介绍了几种提高摩擦发电性能的微纳制造方法。综述了一系列基于摩擦电的微机械传感器、执行器和自驱动微系统,及其在柔性机械、智能装备和无线传感等领域的应用研究。对摩擦电自驱动微系统目前存在的问题做出了分析与讨论,展望了其未来的研究趋势。     

微机电系统(MEMS)纳米摩擦学研究进展

随着微型机电系统(MEMS）的快速发展，MEMS摩擦学已成为当前纳米摩擦学研究中最活跃的前沿领域之一。微观尺寸上的摩擦磨损和润滑对整个MEMS系统的性能、稳定性和寿命起着决定作用，因此研究MEMS的微观摩撩学性能至关重要。本文对近年国内外MEMS摩擦学研究的新进展作了综述，介绍了MEMS系统的纳米摩擦学特性，讨论了包括环境条件、材料处理、表面改性、分子超薄膜润滑等在解决MEMS摩擦和润滑问题上的研究状况，提出了当前相关研究的几个重要问题。     

纳米摩擦学研究进展

随着纳米科技的发展而新兴的纳米摩擦学是在原子分子尺度上研究摩擦界面上的行为、变化、损伤及其控制,成为超精密机械和微型机械研究的重要技术基础之一.在20世纪90年代初期,我国摩擦学工作者开始该领域的研究,并取得可喜的成果.概述清华大学摩擦学国家重点实验室在纳米摩擦学主要方面的研究进展,包括薄膜润滑、受限液体特性与有序分子膜润滑、界面摩擦与粘滑现象、微尺度表面工程与薄膜特性、磁头--磁盘纳米摩擦学研究以及试验测试仪器研制等,能对今后该领域的发展提供参考.     

微纳制造技术文献计量分析

对微纳制造技术领域2000-2010年时间段的SCI和EI文献计量分析,结果显示,近年来该领域的研究呈现出增长趋势,美国在微纳制造领域的研究处于绝对领先的地位.SCI文献分析表明,纳米尺度的制造技术、微米尺度的制造技术、微机电系统、微流体、微加工等是近年来研究的热点领域;EI分析则显示,光刻技术、微加工、微机电器件、纳米结构材料、扫描电子显微镜等是研究的热点.     

LaPO4纳米粒子在铝合金表面的摩擦学性能

在TritonX-100/C10H21OH/H2O微乳液中合成了LaPO4纳米粒子,其粒径约5 nm。用高速环块摩擦磨损试验机考察了LaPO4纳米粒子在铝合金表面的摩擦学性能,并用X射线光电子能谱对其摩擦化学作用机制进行了研究。研究结果表明,LaPO4纳米粒子能提高微乳液的润滑性能,其在摩擦过程中,发生了摩擦化学反应,在摩擦表面生成了由LaPO4、La2O3、A lPO4等组成的化学反应膜。同时,微乳液中的有机分子吸附在铝合金表面构成了有机吸附膜,也起到了减摩抗磨的作用。     

两亲性纳米微球的制备及水润滑性能

水溶性纳米微球作为润滑添加剂成为润滑领域的重要发展方向。通过简单的无皂乳液聚合制备聚(苯乙烯-甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐)[P(St-co-SPMA)]两亲性纳米微球，通过改变聚合单体、微球浓度以及载荷，利用摩擦磨损试验机考察聚苯乙烯(PSt)和P(St-co-SPMA)2种纳米微球作为水润滑添加剂的摩擦学性能。结果表明：具有复合结构的两亲性纳米微球作为水润滑添加剂起到了非常优异的减摩抗磨性能，这是由于亲水单体的加入在微球表面形成水化层，避免了摩擦副之间的直接接触且保护了摩擦表面，有效改善了界面摩擦性能；2种纳米微球在高载荷下有着更为优异的减摩与抗磨性能，证明了纳米微球优异的承载能力。该研究为设计高效水润滑添加剂提供了新的思路，在生物润滑领域有着广阔的应用前景。     

固-液摩擦纳米发电机

摩擦纳米发电机的发明为人们在能量收集领域开辟了新道路。固-液摩擦纳米发电机是基于固-液界面摩擦起电与静电感应效应耦合的发电装置,因其制造简单、成本低、能有效地收集多种形式的低频率水能,使其在摩擦纳米发电机中占有重要的地位。详述了固-液界面的起电机理,概括了固-液摩擦纳米发电机的典型结构和工作模式。分析了液体、固体摩擦材料的特性对摩擦纳米发电机输出性能的影响,介绍了常用的提高摩擦发电性能的微纳制造方法。综述了一系列固-液摩擦纳米发电机在自驱动型传感器和微机械自供电系统中的应用。总结了固-液摩擦纳米发电机目前存在的挑战,展望了其未来发展的趋势。     

微机电系统测试技术及方法

微机电系统 (MEMS)测试技术及方法是MEMS设计、仿真、制造及质量控制和评价的关键环节之一,本文对MEMS测试技术及方法所涉及的微机械量、微几何量、微材料特性以及系统综合参数与性能的测试技术及方法进行了讨论。重点介绍了光学及光电检测技术在微机电系统检测中的应用,对计算机微视觉检测技术在微机电系统检测中的应用进行了探讨。     

微纳米ZnO在PEG400中的原位合成及其摩擦学性能研究

采用微波辅助加热原位高温分解的方法制备ZnO微纳米微粒,利用XRD、FESEM分析仪器对其结构形貌进行表征.利用四球摩擦磨损试验机考察ZnO微纳米微粒作为PEG400添加剂的摩擦学行为,并用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等现代分析手段对钢球摩擦表面进行分析.结果表明:所制备的ZnO微纳米颗粒平均粒径在0.5～1μm之间,是由大量直径在50 nm左右的小颗粒组成;其作为润滑添加剂能够明显提高聚乙二醇400的减摩性能,并在低载荷时具有较好的抗磨性能;其摩擦机制为ZnO微纳米颗粒在摩擦过程中在钢球摩擦副表面沉积下来,生成由氧化锌、氧化铁及有机吸附物组成的具有良好摩擦学性能的润滑防护膜,从而改善了PEG400的摩擦学性能.     

降低弓网磨耗的受电弓主动控制策略研究

为了减少受电弓与接触网的磨耗,延长弓网使用寿命,同时保证弓网受流质量,在载流摩擦磨损理论、控制理论和微控制技术基础上,提出一种基于接触网磨损量检测和弓网接触压力受控的受电弓主动控制策略,并从软件方面对控制系统受到的电磁干扰进行防护设计。受电弓采用该主动控制策略,能明显降低弓网的磨损量,有效控制弓网接触压力的波动,提高和改善高速机车的受流质量。     

往复密封摩擦力测试技术探讨

密封工作参数一般包含摩擦力、液膜膜厚、接触应力、泄漏率物理量等,其中摩擦力测试对密封结构改进及往复密封技术的理论研究有很大的参考价值。综述密封摩擦力测试装置的研究进展,针对密封摩擦力测试装置存在的问题,提出改进建议;对不同密封摩擦力测试方案的特点、摩擦力测试装置的测试误差进行了分析,并针对性地提出了改善测试精度的方案。     

Electrical Sliding Friction Lubricated with Ionic Liquids

Lubrication is one of the most important methods for maintaining and improving the reliability of electric contact components. In view of the conductivity, the lubrication performances of ionic liquids under electric contact have been investigated by using a reciprocating sliding tribometer. Compared with dry friction condition, ionic liquids present an excellent lubrication property. Meanwhile, under the low-load condition, the contact resistance as well as electrical power consumption decreased obviously when lubricated with ionic liquids. And the stronger current strength it is, the higher coefficient and lower contact resistance it shows. The reason could be ascribed to the current-induced fracture of the ion-adsorbed film, especially those in the asperities. And the transformation of the direct contacts, in turn, affects the friction coefficient and contact resistance.     

Transient Tribo-Dynamics of Thermo-Elastic Compliant High-Performance Piston Skirts

Advanced piston technology for motorsport applications is driven through development of lightweight pistons with preferentially compliant short partial skirts. The preferential compliance is achieved through structural stiffening, such that a greater entrainment wedge is achieved at the skirt’s bottom edge through thermo-elastic deformation, whilst better conforming contact geometry at the top of the skirt. In practice, the combination of some of these conditions is intended to improve the load-carrying capacity and reduce friction. The approach is fundamental to the underlying ethos of race and high-performance engine technology. Contact loads of the order of 5 kN and contact kinematics in the range 0–35 m/s result in harsh transient tribological conditions. Therefore, piston design requires detailed transient analysis, which integrates piston dynamics, thermo-elastic distortion and transient elastohydrodynamics. The paper provides such a detailed analysis as well as verification of the same using non-invasive ultrasonic-assisted lubricant film thickness measurement from a fired engine under normal operating conditions, an approach not hitherto reported in literature. Good agreement is noted between measured film thickness and predictions.     

DYP-40薄膜电容切片机中润滑膜进给机构的设计

薄膜电容器由于具有很多优良的特性,因此是一种性能优秀的电容器。薄膜电容器主要应用于电子、家电、通讯、电力、电气化铁路、混合动力汽车、风力发电、太阳能发电等多个行业,这些行业的稳定发展,推动了薄膜电容器市场的增长.随着技术水平的发展,电子、家电、通讯等多个行业更新换代周期越来越短,而薄膜电容器凭借其良好的电工性能和高可靠性,成为推动上述行业更新换代不可或缺的电子元件。主要介绍了凸轮拉杆机构中的润滑膜进给机构的设计及应用机构。     

浅析现代汽车电控系统信号传输的发展

汽车电子技术的运用在汽车技术中的比例越来越大,电控系统需要传输的电信号堪称海量,怎样才能在不影响信号传输的前提下,通过各种方法的运用,以达到减少电线的数量,提高传输质量和可靠性的目的。     

Effect of friction and adhesion on the load–displacement of a spherical probe in contact with a compliant incompressible elastic coating

The mechanical properties of thin films are extracted from the measured load displacement relation in a contact test conducted using micro or nano instruments. At this micro or nano force scale, the adhesion and friction operating between the test tip and thin film surface will contribute to the deformation. The well established Johnson–Kendall–Roberts (JKR) theory provided a relationship between the normal load and elastic central displacement for the adhesion contact. But because of its semi-infinite half-space hypothesis, the standard JKR theory is not applicable to thin film contact problem. Experimental verification demonstrates the numerical version of JKR theory is suitable for compliant thin film adhesion analysis, but it does not include the friction effect. In this paper, the load–displacement relation of totally bonded friction contact with adhesion is studied and compared with that of frictionless case. The practical thin film contact will lie in these two limits. The effect of friction to load and displacement seems very small except for the transition range from film to substrate response. Empirical expressions for the contact compliance are obtained from the detailed finite element study.     

铋系纳米材料在润滑中的应用

绿色金属铋系纳米材料在满足润滑剂环保要求同时也显示了良好的摩擦学性能。综述了近年来纳米材料的制备方法以及铋系纳米材料在润滑油脂中的作用机制和应用进展,并指出了铋系纳米材料作为润滑油脂添加剂在摩擦学中的研究发展趋势。铋系纳米材料在润滑油脂中的作用机制为:铋系纳米有机物易于吸附在摩擦金属表面上,生成了一层有机复合膜;由于铋金属纳米粒子带有电荷而向表面移动,并沉积于摩擦表面形成非晶体或无定形膜,从而起到减摩抗磨作用。铋纳米粒子在润滑油中的分散性和稳定性问题是影响其在润滑中推广应用的主要因素,通过改进纳米粒子的制备工艺及研制和合成新的分散剂和稳定剂,可解决润滑油中纳米粒子在苛刻条件下的稳定性。     

轮轨接触界面摩擦管理研究进展

列车向着高速与重载方向迅速发展,显著加剧了轮轨接触界面间的损伤。通过在轮轨接触界面进行摩擦管理能够有效地降低轮轨之间的磨损、显著提高列车的运行安全性以及降低运营成本。对轮轨接触界面摩擦管理研究现状进行综述,并介绍轮轨界面摩擦控制对轮轨作用力、黏着、磨耗、滚动接触疲劳以及振动与噪声影响的研究进展;展望了轮轨接触界面摩擦管理未来研究方向,即应针对不同应用环境和接触部位,研发合理的摩擦控制材料,以克服摩擦管理过程中对轮轨损伤及使用局限性等问题;应探究车轮踏面/轨顶面和轮缘/轨距面摩擦控制方式,严格控制摩擦材料喷涂量使两接触面不相互干扰,优化改进轮轨接触界面摩擦管理的最佳应用参数;应研发环境友好型的轮缘/轨距面润滑剂与车轮踏面/轨顶面摩擦控制剂,稳定调控轮轨接触界面的黏着特性。     

石墨干膜润滑剂在碳钢表面摩擦磨损性能试验研究*

传统油或脂润滑剂在极端工况环境下无法满足碳钢类零件的减摩要求,采用干膜润滑剂是提高极端工况环境下碳钢表面摩擦磨损性能的可行性方法。采用超声波分散方法制备以石墨粉末为基体的干膜润滑剂,使用压力喷涂技术使其沉积在碳钢试件表面,在端面摩擦试验仪中开展干摩擦和石墨干膜润滑剂润滑下摩擦磨损性能对比性试验研究。试验结果表明：石墨干膜润滑剂在碳钢表面的沉积效果较好,沉积的石墨干膜润滑剂具有较好的润滑性能,可以有效地保护碳钢表面不被过度磨损;喷涂石墨干膜润滑剂的碳钢试件的工作寿命随着压力载荷和主轴转速的增大而缩短,负载和滑动速度的联合作用会加速涂层向稳定方向的过渡;磨损过程中形成的微观润滑剂颗粒会形成颗粒流润滑,适当添加石墨颗粒粉末可能会延长润滑剂正常发挥减摩作用的时间。制备的石墨干膜润滑剂为碳钢在极端工况环境下的减摩提供了支持。