稀土納米薄膜的制備及其摩擦學性能研究.pdf

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