混合自組裝膜共吸附法的制備及其微摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、隨著自組裝膜（SAMs）技術(shù)在MEMS器件潤滑方面研究的不斷深入，有機硅烷類 SAMs特別是由兩種及兩種以上硅烷分子制備的混合 SAMs以其特有的減摩性能得到了研究人員的廣泛關(guān)注。本文對3-氨基丙基三乙氧基（APS）和十二烷基三甲氧基（WD-10）兩種硅烷分子混合自組裝膜的制備工藝及其微摩擦學(xué)性能進行了研究。
　　為了獲得混合自組裝膜制備過程中最佳的組裝工藝，利用 Materials Studio（MS）軟件，分別建立Si（100

2、）基底、APS和WD-10的分子模型，并基于硅烷分子在基底表面的覆蓋率，建立了包含SAMs層和硅片基底層的分子體系模型。同時，對創(chuàng)建的分子體系模型進行分子動力學(xué)模擬，探究了不同組裝溫度和分子濃度比等制備工藝對混合自組裝膜性能的影響，為混合自組裝膜的制備實驗提供理論依據(jù)。
　　基于MS軟件模擬結(jié)果，在利用共吸附法自組裝技術(shù)制備APS和WD-10混合分子膜的過程中，充分考慮組裝溫度、分子濃度比以及組裝時間、溶液的PH值等制備環(huán)境對其性

3、能的影響，制定了正交試驗表制備出相應(yīng)的混合自組裝膜。利用 X射線光電子能譜儀（XPS）與原子力顯微鏡（AFM）分別對制備好的混合自組裝膜和原始硅片表面的化學(xué)組成元素與表面形貌進行表征分析，通過結(jié)果對比，獲得混合自組裝膜制備過程中的最好組裝條件，確定最佳的制備工藝。
　　通過對混合自組裝膜共吸附法的制備過程進行熱力學(xué)計算，得出硅烷分子能夠自發(fā)的吸附在硅片基底表面；利用微分變化和Maxwell關(guān)系式，推導(dǎo)出混合分子膜表面能的計算公式，

4、發(fā)現(xiàn)薄膜表面能的降低有助于硅烷分子在基底組裝反應(yīng)的自發(fā)進行。同時，對共吸附法制備過程中環(huán)境因素影響硅烷分子在基底表面的組裝機理進行了研究。
　　最后，利用摩擦磨損試驗機（UMT）對三種不同濃度比混合分子膜進行宏觀摩擦實驗，探究了SAMs技術(shù)的減摩潤滑情況。同時，利用MEMS微摩擦試驗機對混合分子膜的微觀摩擦學(xué)性能進行了測試，分析了微摩擦過程中的摩擦機理，并對不同濃度比混合分子膜與原始硅片的摩擦系數(shù)與相對滑動速度之間的關(guān)系進行了測量