离子液体热解法制备碳基薄膜及摩擦学性能研究

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1、密级：非密中图分类号：TH118硕士学位论文离子液体热解法制备碳基薄膜及摩擦学性能研究研究生：钟虹禾导师：陈友明讲师学科：材料科学与工程研究方向：表面物理化学2018年5月AThesisSubmittedfortheDegreeofMasterTribologicalPropertiesofCarbon-basedFilmsPreparedbyPyrolysisofIonicLiquidsCandidate：Zhong-HongheSupervisorandRank：Chen-Youming离子液体热解法制备碳基薄膜及摩擦学

2、性能研究学位类型学术型学位作者姓名钟虹禾作者学号15010302001学科（专业学位类别)材料科学与工程研究方向（专业领域)表面物理化学导师姓名及职称陈友明讲师实践导师姓名及职称陈友明讲师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年5月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

3、作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日i摘要类金刚石碳基薄膜具有硬度大、摩擦性能好、耐腐蚀性能强、光学透过率良好、化学稳定性强等优越性能，在机械、能源、生物医药、航空航天等领域具有广泛的

4、应用。前驱体热解法是制备类金刚石碳基薄膜的方法之一，该法与通常使用的气相沉积法相比，其具有设备简单、成本低廉、热稳定性强等优势。但该方法也存在制备工艺不完善、膜基结合力不足的缺点。因此，本论文围绕热解法制备类金刚石碳基薄膜的问题，利用离子液体前驱体热解法，在不同热解温度下制备了碳基薄膜，开展了热解温度对该方法制备所得薄膜摩擦学性能影响的研究，确定了最佳热处理温度，完善制备工艺参数。针对膜基结合力不足的问题，通过引入新型过渡层的方式，改善了该方法结合力不足的问题。利用离子液体的液态优势，掺杂石墨烯，进一步提高薄膜的摩擦学性能，

5、为离子液体热解法制备碳基薄膜的未来发展提供支持。主要研究结论如下：（1）选用两种离子液体1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺盐[Emim]N(CN)2和1-乙基-3-甲基咪唑三氰甲盐[Emim]C(CN)3，采用热解法于陶瓷基体表面制备了碳基薄膜。分析和检测结果表明，热解温度为1000℃时，薄膜的表面形貌较为均匀致密，磨痕内部有少量剥落，石墨化程度相对较高，摩擦系数最低，结构主要是环状团簇的非晶无定型结构。温度对离子液体热解法制备碳基薄膜具有重要影响，最佳热解温度约为1000℃。（2）引入新型蔗糖过渡层，选用两种离子液体热解制备碳基

6、薄膜，分析和检测结果表明，添加了蔗糖过渡层的薄膜，表面厚实致密，磨痕内部局部有凸起，但无剥落现象，膜基结合力明显提高。过渡层可有效改善碳基薄膜的附着力和摩擦学性能。（3）在1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺盐[Emim]N(CN)2离子液体中掺杂石墨烯粉末制备薄膜涂料，制备了石墨烯浓度为1%~5%碳基复合薄膜，分析和检测结果表明，复合薄膜表面形貌都较厚实，磨痕内部形貌致密，无凸起和裂痕，石墨烯添加量为3%时，薄膜具有最佳的减摩性能。关键词：碳基薄膜；离子液体；热处理；过渡层；石墨烯；摩擦学性能iiiAbstractDiamond-

7、likecarbonfilmshavemanyadvantagessuchasstronghardness,highsmoothness,excellentcorrosionresistance,goodopticaltransmittance,strongchemicalstability,etc.Theyarewidelyusedinthefieldsofmachinery,energy,biomedicineandaerospace.OneofthepreparationmethodsofDLCfilmsisthepo

8、lymerprecursorpyrolysismethod,whichhastheadvantagesofsimpleequipment,lowcost,strongthermalstabilityandeasydopingcomparedwiththecommonlyusedvapord