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文檔簡介
1、納米材料因其結(jié)構(gòu)上的特殊性導(dǎo)致性能上的特殊性已經(jīng)廣泛的受到了各個(gè)領(lǐng)域的熱切關(guān)注。納米薄膜是由尺寸在納米量級(jí)的晶粒構(gòu)成的薄膜,納米顆粒是指具有1-100nm尺度的細(xì)微粒子,這是處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域內(nèi)的一種典型的介觀系統(tǒng),呈現(xiàn)出異于塊材的特性如表面效應(yīng)和體積效應(yīng)等,且其表面效應(yīng)隨著顆粒尺寸變小,表面積顯著地增大而加強(qiáng)。使得材料的那些與表面狀態(tài)有關(guān)的物理、化學(xué)或物理化學(xué)特性顯著的與宏觀大顆粒不同。為了利用納米薄膜的優(yōu)異性能,人們
2、嘗試研究納米薄膜的多種制備方法,力圖為工業(yè)化應(yīng)用找到工藝簡單制備成本低廉而且性能優(yōu)異的制備納米薄膜的方法。本論文的工作主要涉及這一領(lǐng)域,將以金屬銅和金屬鋅為基底,采用水熱技術(shù)在金屬表面構(gòu)筑微/納米薄膜,之后采用自組裝技術(shù)在粗糙的微/納表面沉積具有低表面能的有機(jī)薄膜。較為系統(tǒng)地研究了金屬表面薄膜的形成機(jī)制、表面形貌及潤濕性,重點(diǎn)考察了薄膜的摩擦學(xué)行為,同時(shí)研究了制備條件對(duì)金屬銅和金屬鋅表面薄膜摩擦學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)取得一定進(jìn)展,研究發(fā)現(xiàn):
3、
(1)金屬銅經(jīng)水熱處理后得到了一層致密的薄膜,當(dāng)反應(yīng)物只有銅片、硫粉及去離子水時(shí),表面生成物為Cu2S,掃描電鏡下顯示生成了大量的微/納米顆粒,該薄膜表現(xiàn)出了一定的減摩耐磨效果;但在反應(yīng)體系中加入肼和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)后,表面生成物中除Cu2S外,還存在微量的CuO,形貌與上述薄膜相似,但該薄膜具有更為優(yōu)異的減摩耐磨性能,在我們的實(shí)驗(yàn)條件下該薄膜的耐磨壽命達(dá)到7200s以上,而銅基底的耐磨壽命僅為5s。
4、r> (2)上述制備的薄膜表面與水的接觸角分別為103°和140°,采用氣相沉積法在表面沉積有機(jī)硅烷薄膜,得到的表面對(duì)水的接觸角分別增大到143°和153°,后者更是表現(xiàn)出超疏水性。然而沉積有機(jī)硅烷后,薄膜摩擦學(xué)性能在初始階段反遭一定程度的破壞,于是考察了選用不同脂肪酸自組裝技術(shù)改性對(duì)薄膜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),沉積硬脂酸(stearicacid,STA)后的薄膜接觸角為150°,依然表現(xiàn)超疏水性,而且表現(xiàn)了十分優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。
5、> (3)金屬鋅與尿素、磷酸二氫鋅(Zn(H2PO4)2·2H2O)以及十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)在水溶劑體系下經(jīng)水熱反應(yīng)后得到磷酸鋅薄膜,表面與水的接觸角為0°,呈超親水,并表現(xiàn)出了一定的減摩耐磨性能,耐磨壽命達(dá)800s。隨后考察了硬脂酸修飾對(duì)薄膜的影響,發(fā)現(xiàn)修飾后的表面接觸角增大到137°,呈高疏水,而耐磨壽命提高到3600s以上。同時(shí)考察了不同反應(yīng)物及不同表面活性劑對(duì)所得薄膜的影響,希望找到最佳制備條件。
6、 (4)金屬鋅與硫脲和肼的水溶液經(jīng)水熱反應(yīng)后得到ZnS薄膜,掃描電鏡照片可以看出金屬鋅表面生長了大量的納米顆粒,與水的接觸角為90°,并在一定程度上降低了金屬鋅表面的摩擦系數(shù),起到了保護(hù)鋅基底的作用。
總之,本論文結(jié)合水熱和自組裝技術(shù),利用微/納表面的微織構(gòu)效應(yīng)和有機(jī)薄膜的納米潤滑的協(xié)同作用,在金屬銅和金屬鋅表面構(gòu)筑的高疏水有機(jī)復(fù)合薄膜表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的減摩和耐磨性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果無疑對(duì)研制和開發(fā)具有減摩和耐磨特性的新型金屬銅
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