稀土改性碳納米管自組裝膜的制備及其摩擦學性能研究.pdf

1、硅材料具有化學穩(wěn)定性好、硬度高、表面粗糙度小、價格低廉等優(yōu)點,在微機電系統(tǒng)/納機電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)中應用廣泛。但是,與傳統(tǒng)的宏觀尺度機械不同,MEMS/NEMS設備缺乏有效的潤滑技術,導致硅材料表面具有較高的靜摩擦力及低抗磨性能等缺點。研究硅基表面特性是改善其摩擦、降低磨損和提高設備運行可靠性的有效途徑。自組裝膜結構致密、剛性較大、制備工藝簡單,因此在解決MEMS/NEMS中微摩擦磨損問題上具有優(yōu)勢。但是,自組裝膜還存在化學穩(wěn)

2、定性較弱,界面結合力與承載能力較低,抗磨性較差以及對環(huán)境變化比較敏感等問題。
　　本論文針對 MEMS/NEMS中微組件表面改性問題,利用碳納米管(CNTs)的優(yōu)異力學性能和物理性質以及稀土的獨特物理化學性質,并運用自組裝膜技術在硅片表面制備了具有優(yōu)異摩擦學特性的稀土改性碳納米管自組裝膜。
　　第一,運用自組裝膜技術,在聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)自組裝膜、3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)自組裝膜兩種預處理膜的

3、基礎上,成功地制備了稀土改性碳納米管自組裝膜,分析了自組裝膜的組裝過程及組裝機制。利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測了自組裝膜的表面形貌,利用X射線光電子能譜儀(XPS)研究了自組裝膜表面典型元素的化學狀態(tài),并利用接觸角測定儀分析了其疏水性。
　　第二,研究了自組裝膜的摩擦學性能。結果表明:聚二烯丙基二甲基氯化銨/碳納米管交替沉積自組裝膜(簡稱:PDDA/CNTs自組裝膜)和3-氨基丙基-三乙氧基硅烷/碳納米管自組裝復合膜(簡稱:A

4、PTES/CNTs自組裝膜)具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。在實驗條件下, PDDA/CNTs自組裝膜的摩擦系數為0.13,APTES/CNTs自組裝膜的摩擦系數為0.11;PDDA自組裝膜的磨穿時間為700秒,APTES自組裝膜的磨穿時間為820秒,PDDA/CNTs自組裝膜的磨穿時間為8000秒, APTES/CNTs自組裝膜的磨穿時間大于8000秒。
　　第三,分析了影響自組裝膜摩擦學性能的主要因素:自組裝膜層數、稀土、碳納米管。其

5、中,碳納米管的優(yōu)異物理化學性質及力學性能是呈現 PDDA/CNTs自組裝膜、APTES/CNTs自組裝膜與PDDA自組裝膜、APTES自組裝膜兩種預處理膜性能差異的最重要因素。稀土改性碳納米管自組裝膜具有較好的摩擦學性能。碳納米管可以起到“分子軸承”的作用,既可以承載一定的壓力,提高其抗磨性能;又降低了自組裝膜表面的摩擦系數。
　　本論文運用自組裝膜技術制備了稀土改性碳納米管自組裝膜;并利用現代分析測試技術研究了自組裝膜表面特性,