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文檔簡介
1、微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)作為20世紀末新型科學技術(shù),發(fā)展十分迅速。MEMS基體的摩擦磨損和潤滑對整個MEMS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命起著決定性作用。自組裝薄膜(SAMs)具有制備工藝簡單、減摩抗磨性能優(yōu)異等特點。 本項研究工作采用自組裝技術(shù),在二氧化硅和單晶硅片表面生成致密有序的3-巰丙基三甲氧基硅烷自組裝膜(MPTS SAM),并在其表面巰基官能團(-SH)氧化為磺酸基官能團(-SO3H)后,在-SO3H上自組裝鑭基稀土納米薄膜
2、。利用稀土元素與非金屬元素的強親和力在基片表面與薄膜間產(chǎn)生化學鍵合,從而獲得低表面能并具有優(yōu)異潤滑特性的稀土納米薄膜以降低基片的微摩擦磨損。通過實驗研究和理論分析,探明稀土自組裝薄膜的制備機理以及稀土薄膜的摩擦學性能。 運用原子力顯微鏡(AFM)觀察了薄膜的表面形貌,使用X射線光電子能譜儀(XPS)分析了薄膜表面典型元素的化學狀態(tài),并運用靜-動摩擦系數(shù)測定儀評價了薄膜的摩擦磨損性能。 本論文針對微機電系統(tǒng)中微構(gòu)件表面改性
3、問題,根據(jù)稀土元素特殊的物理化學性質(zhì),運用自組裝技術(shù)制備了具有優(yōu)異摩擦學性能的稀土納米薄膜。 第一,采用分子自組裝技術(shù)在羥基化后的玻璃和單晶硅基片表面制備了稀土納米薄膜。 第二,運用原子力顯微鏡(AFM)觀察了薄膜的表面形貌、X射線光電子能譜儀(XPS)分析了薄膜表面典型元素的化學狀態(tài)、接觸角測定儀評價了其表面能,研究了稀土納米薄膜的組裝機理。研究結(jié)果表明:通過稀土元素與有機硅烷表面的磺酸基官能團反應(yīng),可以使稀土元素與基
4、底之間形成化學鍵合,從而有效地提高稀土納米薄膜與基底之間的結(jié)合力。 第三,系統(tǒng)深入地研究了稀土納米薄膜的摩擦磨損性能。研究結(jié)果表明:稀土納米薄膜具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。 第四,利用原子力顯微鏡研究了稀土納米薄膜微觀磨損性能。研究結(jié)果表明:稀土元素與磺酸基間具有較高的界面強度,稀土納米薄膜具有較強的承載能力和優(yōu)異的減摩抗磨性能。 本論文成功地利用自組裝技術(shù)制備了稀土納米薄膜,運用原子力顯微鏡、X射線光電子能譜和接觸
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