基于AFM的納米材料力學(xué)性能和表面性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、納米材料被定義為某一維度的尺寸在100nm以內(nèi)的材料,與宏觀材料相比其比表面積迅速增大,表面原子所占的比例升高,由此引發(fā)的表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和尺寸效應(yīng)使得納米材料具有很多獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。此時(shí)宏觀的測(cè)量設(shè)備和方法已經(jīng)很難滿足納米材料研究的需要,發(fā)展新的測(cè)量設(shè)備和方法研究納米材料的微觀結(jié)構(gòu)、表面物理性質(zhì)和力學(xué)性能成為了新的挑戰(zhàn)。在這種情況下,原子力顯微鏡(AFM)逐漸成為了研究納米材料電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的有力工具。特別是在微納

2、米力學(xué)的研究中,原子力顯微鏡不但能夠?qū)崿F(xiàn)原位的力學(xué)操作,而且能夠結(jié)合外加物理場(chǎng)作用設(shè)計(jì)復(fù)雜實(shí)驗(yàn),是微納電子器件、納米機(jī)械、生物力學(xué)和微觀摩擦學(xué)研究的重要工具。
　　本文研究了銀納米線、尼龍6納米纖維和石墨烯等納米材料的制備技術(shù),并應(yīng)用原子力顯微鏡技術(shù)對(duì)幾種納米材料的微納力學(xué)行為進(jìn)行了相關(guān)研究。論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用電沉積法和靜電紡絲法分別制備了銀納米線和尼龍6納米纖維;利用紫外光照還原技術(shù)結(jié)合聚合物修飾的方法制

3、備了高分散、穩(wěn)定的石墨烯分散液;通過(guò)石墨烯直接沉淀和氧化石墨烯沉淀—還原兩條途徑制備了石墨烯基無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料。
　　(2)研究了氧化石墨烯和石墨烯的表面黏附性能,獲得膠體微球探針和樣品之間的黏附力關(guān)系。用AFM研究了氧化石墨烯和石墨烯的表面摩擦性能,給出摩擦因數(shù)的定量表達(dá),以及摩擦因數(shù)與掃描速率的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
　　(3)設(shè)計(jì)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)并測(cè)定了銀納米線、尼龍6納米纖維的彈性模量。研究了石墨烯的納米壓痕過(guò)程,采用分子動(dòng)力學(xué)方法