结合Langmuir-Blodgett和自组装技术制备纳米润滑薄膜的研究

摘要

LB膜作为超薄润滑膜有望解决磁记录、MEMS/NEMS等高新技术中运动部件的摩擦磨损问题。LB膜作为薄膜润滑成功应用于工程实际的两个关键难点是设法提高其负荷承载能力、热稳定性和提高膜基结合强度。 而自组装技术不受基底材料和形状的影响，适合于大面积组装，是一种简单制备纳米润滑薄膜的有效方法。 本论文主要涉及到以下两方面的工作： 一、结合LB技术制备ZrO<,2>润滑薄膜的研究结合LB技术在单晶硅表面制备了致密的ZrO<,2>薄膜，AFM测试表明所制备的Zr02薄膜表面形貌与层数呈现明显的对应关系。LB膜层数为7时，薄膜由粒径大约为30纳米的致密颗粒组成，没有明显的裂纹存在，表面致密均匀，形貌均一。在LB膜层数为1时，所得ZrO<,2>薄膜表面由稀疏颗粒组成；而当层数达到50时，相应的Zr02薄膜表面凸凹不平，呈现明显的多层堆叠。XPS测试表明：薄膜表面除了少量的硫酸锆盐外，主要成分为ZrO<,2>。摩擦磨损实验表明：利用该方法制备的ZrO<,2>薄膜适于在低载荷，低滑动速度下作为减摩抗磨保护涂层。在润滑初始阶段，磨损机理为轻微擦伤，而较长磨损时间后，磨痕表面呈现较严重的塑性变形，表、现为擦伤和剥落的特征。 二、结合LB和自组装技术制备La<,2>O<,3>润滑薄膜的摩擦学研究 分别结合LB和自组装技术在羟基化的Si表面成功制备了氧化镧薄膜。我们对两种样品分别进行了AFM表征。可以看出，结合LB技术制备的氧化镧薄膜的表面形貌与所提取LB膜的层数呈现一定的对应关系。随着所提拉花生酸镧LB膜层数的增加，薄膜表面颗粒密度逐渐增大。而结合自组装技术制备的氧化镧薄膜的表面形貌均匀，薄膜表面由致密均匀小颗粒组成，但伴有少量团簇颗粒存在。XPS元素分析表明：两种薄膜均由La<,2>O<,3>构成。摩擦磨损试验结果表明，利用这两种方法制备的薄膜均表现出优异的减摩耐磨性能，具有低的摩擦系数和长的耐磨寿命。并结合磨痕的SEM图像探讨了两种薄膜的摩擦润滑机理。我们对这两种薄膜分别进行了归属，认为结合LB技术制备的薄膜表现为脆性薄膜的摩擦磨损特征，粘结点的破坏主要是剥落，损伤深度较浅，磨损机理为轻微擦伤；而结合自组装技术制备的薄膜表现为塑性薄膜的摩擦磨损特征，粘着结点的破坏以塑性流动为主，破坏深度较大。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1引言

1.1.1纳米摩擦学

1.1.2纳米科技与纳米摩擦学

1.1.3摩擦学研究现状

§1.2纳米摩擦学研究仪器

§1.3 LB膜的研究现状

§1.4 LB膜的摩擦学特性研究

§1.5自组装技术研究进展

§1.6论文的选题依据、研究思路和研究内容

参考文献

第二章结合LB技术制备ZrO2润滑薄膜的研究

§2.1引言

2.1.1原子力显微镜测试技术

2.1.2 UMT-2工作原理

§2.2实验部分

2.2.1实验试剂

2.2.2测试仪器

2.2.3基片处理

2.2.4 ZrO2薄膜的制备

2.2.5摩擦学性能测试

§2.3结果与讨论

2.3.1 ZrO2薄膜的形貌观察

2.3.2 ZrO2薄膜的XPS分析

2.3.3 ZrO2薄膜的摩擦学性能

2.3.4 ZrO2薄膜的磨损机制

2.4结论

参考文献

第三章结合LB和自组装技术制备La2O3润滑薄膜的摩擦学研究

§3.1引言

§3.2实验部分

§3.2.1基片处理

§3.2.2薄膜的制备

§3.2.3薄膜的形貌分析和结构表征

§3.2.4摩擦学性能测试

§3.3结果与讨论

§3.3.1薄膜的形貌表征

§3.3.1薄膜的结构表征

§3.3.3薄膜的摩擦学性能

§3.4结论

参考文献

第四章结论与展望

§4.1主要结论

§4.2存在问题

§4.3展望

硕士期间发表和完成的论文

致 谢