氧化石墨烯和氟化氧化石墨烯電泳沉積薄膜摩擦學(xué)性能和生物相容性研究.pdf

1、MEMS/NEMS是本世紀(jì)最令人矚目的技術(shù)之一。隨著MEMS/NEMS尺寸的微型化，其表面效應(yīng)所引發(fā)的粘著、摩擦磨損等問題成為了影響MEMS/NEMS可靠運(yùn)行重要因素。由于MEMS/NEMS制作工藝限制，傳統(tǒng)的液體潤滑不再適用。人們曾嘗試?yán)肧AMs膜、DLC薄膜等固體潤滑薄膜來解決摩擦磨損問題。但SAMs膜耐磨性能差，而DLC薄膜等工藝條件復(fù)雜，因此限制了在MEMS/NEMS上的應(yīng)用。目前MEMS/NEMS在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用日漸廣泛，材料

2、的毒性以及生物相容性成為一個(gè)醫(yī)用器件不可忽略的問題。石墨烯是一種理想的固體潤滑材料，但傳統(tǒng)的氣相沉積法制備的石墨烯薄膜不僅成本昂貴，而且面臨薄膜轉(zhuǎn)移等難題。針對以上問題，本論文開展了一系列的研究工作，主要研究內(nèi)容和結(jié)果：
　　1.利用恒電壓電泳沉積法通過控制沉積時(shí)間因素在硅基底制備了氧化石墨烯薄膜，并對氧化石墨烯薄膜進(jìn)行表征，同時(shí)考察了其摩擦學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)恒電壓電泳沉積氧化石墨烯薄膜是沉積速率逐漸減小，先沉積大片徑的氧化石墨烯，

3、后沉積小片徑的氧化石墨烯，并且薄膜力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)的一個(gè)過程。通過氧化石墨烯薄膜的摩擦學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)含氧基團(tuán)和缺陷較少的氧化石墨烯更有利于減摩抗磨。
　　2.采用恒電流電泳沉積技術(shù)制備了氧化石墨烯薄膜，通過對其進(jìn)行摩擦學(xué)性能測試，發(fā)現(xiàn)在2mA的條件下薄膜具有優(yōu)異的摩擦和磨損性能。在室溫下與恒電壓電泳沉積氧化石墨烯薄膜相比摩擦系數(shù)和磨損量降低1倍，具有良好的耐磨性和較低的摩擦系數(shù)。由于恒定電流對電泳沉積氧化石墨烯在薄膜的表面粗糙度、密

4、實(shí)程度具有良好的可控性，使得恒電流電泳沉積方法相較于恒電壓電泳沉積是一種更有潛力的方法。
　　3.采用水熱法制備FGO，F(xiàn)/C的含量可以達(dá)到29％，并且能很好地分散在水中。從而運(yùn)用恒電流電泳沉積法在硅基底上制備的氟化氧化石墨烯薄膜。氟化氧化石墨烯薄膜的厚度可以通過調(diào)整電泳的工作電流來實(shí)現(xiàn)。通過研究工作電流對氟化氧化石墨烯薄膜的粗糙度、結(jié)合力等的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)2mA電流條件下沉積的氟化氧化石墨烯薄膜具有最優(yōu)的摩擦學(xué)性能：摩擦系數(shù)降低