稀土改性碳納米管自組裝膜的制備及其摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、硅材料具有化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、表面粗糙度小、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),在微機(jī)電系統(tǒng)/納機(jī)電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)中應(yīng)用廣泛。但是,與傳統(tǒng)的宏觀尺度機(jī)械不同,MEMS/NEMS設(shè)備缺乏有效的潤(rùn)滑技術(shù),導(dǎo)致硅材料表面具有較高的靜摩擦力及低抗磨性能等缺點(diǎn)。研究硅基表面特性是改善其摩擦、降低磨損和提高設(shè)備運(yùn)行可靠性的有效途徑。自組裝膜結(jié)構(gòu)致密、剛性較大、制備工藝簡(jiǎn)單,因此在解決MEMS/NEMS中微摩擦磨損問(wèn)題上具有優(yōu)勢(shì)。但是,自組裝膜還存在化學(xué)穩(wěn)

2、定性較弱,界面結(jié)合力與承載能力較低,抗磨性較差以及對(duì)環(huán)境變化比較敏感等問(wèn)題。
　　本論文針對(duì) MEMS/NEMS中微組件表面改性問(wèn)題,利用碳納米管(CNTs)的優(yōu)異力學(xué)性能和物理性質(zhì)以及稀土的獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì),并運(yùn)用自組裝膜技術(shù)在硅片表面制備了具有優(yōu)異摩擦學(xué)特性的稀土改性碳納米管自組裝膜。
　　第一,運(yùn)用自組裝膜技術(shù),在聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)自組裝膜、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)自組裝膜兩種預(yù)處理膜的

3、基礎(chǔ)上,成功地制備了稀土改性碳納米管自組裝膜,分析了自組裝膜的組裝過(guò)程及組裝機(jī)制。利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測(cè)了自組裝膜的表面形貌,利用X射線光電子能譜儀(XPS)研究了自組裝膜表面典型元素的化學(xué)狀態(tài),并利用接觸角測(cè)定儀分析了其疏水性。
　　第二,研究了自組裝膜的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明:聚二烯丙基二甲基氯化銨/碳納米管交替沉積自組裝膜(簡(jiǎn)稱:PDDA/CNTs自組裝膜)和3-氨基丙基-三乙氧基硅烷/碳納米管自組裝復(fù)合膜(簡(jiǎn)稱:A

4、PTES/CNTs自組裝膜)具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。在實(shí)驗(yàn)條件下, PDDA/CNTs自組裝膜的摩擦系數(shù)為0.13,APTES/CNTs自組裝膜的摩擦系數(shù)為0.11;PDDA自組裝膜的磨穿時(shí)間為700秒,APTES自組裝膜的磨穿時(shí)間為820秒,PDDA/CNTs自組裝膜的磨穿時(shí)間為8000秒, APTES/CNTs自組裝膜的磨穿時(shí)間大于8000秒。
　　第三,分析了影響自組裝膜摩擦學(xué)性能的主要因素:自組裝膜層數(shù)、稀土、碳納米管。其

5、中,碳納米管的優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性能是呈現(xiàn) PDDA/CNTs自組裝膜、APTES/CNTs自組裝膜與PDDA自組裝膜、APTES自組裝膜兩種預(yù)處理膜性能差異的最重要因素。稀土改性碳納米管自組裝膜具有較好的摩擦學(xué)性能。碳納米管可以起到“分子軸承”的作用,既可以承載一定的壓力,提高其抗磨性能;又降低了自組裝膜表面的摩擦系數(shù)。
　　本論文運(yùn)用自組裝膜技術(shù)制備了稀土改性碳納米管自組裝膜;并利用現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)研究了自組裝膜表面特性,