稀土納米薄膜的制備及其摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、微型電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）作為20世紀(jì)末新型科學(xué)技術(shù)，發(fā)展十分迅速。MEMS基體的摩擦磨損和潤(rùn)滑對(duì)整個(gè)MEMS系統(tǒng)的穩(wěn)定性和壽命起著決定性作用。自組裝薄膜(SAMs)具有制備工藝簡(jiǎn)單、減摩抗磨性能優(yōu)異等特點(diǎn)。 本項(xiàng)研究工作采用自組裝技術(shù)，在二氧化硅和單晶硅片表面生成致密有序的3-巰丙基三甲氧基硅烷自組裝膜（MPTS SAM），并在其表面巰基官能團(tuán)（－SH）氧化為磺酸基官能團(tuán)（－SO3H）后，在－SO3H上自組裝鑭基稀土納米薄膜

2、。利用稀土元素與非金屬元素的強(qiáng)親和力在基片表面與薄膜間產(chǎn)生化學(xué)鍵合，從而獲得低表面能并具有優(yōu)異潤(rùn)滑特性的稀土納米薄膜以降低基片的微摩擦磨損。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，探明稀土自組裝薄膜的制備機(jī)理以及稀土薄膜的摩擦學(xué)性能。 運(yùn)用原子力顯微鏡（AFM）觀察了薄膜的表面形貌，使用X射線光電子能譜儀（XPS）分析了薄膜表面典型元素的化學(xué)狀態(tài)，并運(yùn)用靜－動(dòng)摩擦系數(shù)測(cè)定儀評(píng)價(jià)了薄膜的摩擦磨損性能。 本論文針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)中微構(gòu)件表面改性

3、問(wèn)題，根據(jù)稀土元素特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，運(yùn)用自組裝技術(shù)制備了具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的稀土納米薄膜。 第一，采用分子自組裝技術(shù)在羥基化后的玻璃和單晶硅基片表面制備了稀土納米薄膜。 第二，運(yùn)用原子力顯微鏡（AFM）觀察了薄膜的表面形貌、X射線光電子能譜儀（XPS）分析了薄膜表面典型元素的化學(xué)狀態(tài)、接觸角測(cè)定儀評(píng)價(jià)了其表面能，研究了稀土納米薄膜的組裝機(jī)理。研究結(jié)果表明：通過(guò)稀土元素與有機(jī)硅烷表面的磺酸基官能團(tuán)反應(yīng)，可以使稀土元素與基

4、底之間形成化學(xué)鍵合，從而有效地提高稀土納米薄膜與基底之間的結(jié)合力。 第三，系統(tǒng)深入地研究了稀土納米薄膜的摩擦磨損性能。研究結(jié)果表明：稀土納米薄膜具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。 第四，利用原子力顯微鏡研究了稀土納米薄膜微觀磨損性能。研究結(jié)果表明：稀土元素與磺酸基間具有較高的界面強(qiáng)度，稀土納米薄膜具有較強(qiáng)的承載能力和優(yōu)異的減摩抗磨性能。 本論文成功地利用自組裝技術(shù)制備了稀土納米薄膜，運(yùn)用原子力顯微鏡、X射線光電子能譜和接觸