自组装分子膜的制备及其摩擦学特性研究

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1、大连海事大学硕士学位论文自组装分子膜的制备及其摩擦学特性研究姓名：李亚斌申请学位级别：硕士专业：载运工具运用工程指导教师：张会臣2003.3.1摘要随着纳米科学技术的迅速发展，特别是微电子机械系统和高速磁记录技术的迅速发展，迫切需要解决纳米级的润滑和零磨损问题，自组装分子膜(SAMs)技术是解决这一问题的有效途径。本文对SAMs的制备和摩擦学性能进行了研究，并且建立了原子力显微镜(AFM)针尖在试样表面滑动的力学模型一f得出主要结论如下：1、使用AFM观察了不同反应时间下3．氨基丙基三甲氧基硅烷(AeS)在Si／Si02表面形成的SAMs形

2、貌，对APS膜的形成机理及形貌特征进行了分析，研究表明：APS膜的形成可分为两个阶段：“岛”式结构数量增多和“岛”式结构长大阶段。2、使用多功能微摩擦磨损实验机(UMT)分析了在恒定载荷下OTS膜、APS膜摩擦系数随滑动速度的变化规律和在恒定速度下OTS膜、APS膜摩擦系数随载荷的变化规律-研究表明：OTS膜的摩擦系数随滑动速度的增加而增大，而APS膜的摩擦系数随滑动速度的增加而减小。OTS膜、APS膜摩擦系数都是随载荷的增大而减小。分子链长的不同是造成OTS膜、APS膜摩擦学性能差异的主要原因。3、在不同滑动速度和不同载荷条件下，采用不同

3、摩擦副分析了界面接触特性对SAMs摩擦特性的影响，结果表明：镍无论是与OTS和APS间的摩擦系数都大于铜与两种SAMs的摩擦系数，铜和镍与OTS间的摩擦系数随滑动速度的增大而增大，随载荷的增加而减小：铜与APS间的摩擦系数随滑动速度的增大而减小，而载荷的影响则很小；而镍与APS间的摩擦系数随滑动速度的增大而增大，随载荷的增大而减小。4、建立了AFM针尖在试样表面滑动的力学模型，并通过实验进行了验证。结果表明，微凸体间距变大使摩擦力曲线的周期变大，振幅变小；作用势Vo反映的是表面自由能的大小，vo增大，摩擦力曲线的振幅变大；阻尼反映的是速度对

4、摩擦力的影响，阻尼变小，摩擦力曲线的振幅基本保持不变，曲线整体下移，但幅度较小。在一定范围内速度对摩擦力的影响不大。／I／关键词：自组装分子膜，润滑，原子力显微镜，摩擦，力学模型AbstractThelubricationinnano-scaleinthetechniquesofmicroelectromechanicalsvstemandhj曲。speedmagneticrecordingsystemisimperativelytobesolvedwiththerapiddevelopmentofnano-scienceandtechno

5、logy．Thetechnologyofself-assembledmonolayers(SAMs)isoneofeffectivetechniquesinnano—scalelubrication．ThepreparationandtribologicalcharacteristicsofSAMswerestudiedinthispaper．Themechanicalmodelforatomicforcemicroscopy(AFM)tipslidingonthesurfaceofsamplewasalsosetup．Themaincon

6、clusionswerereachedasfollow：1．3-Amino·Propylttimethoxysilane(APS)SAMswerepreparedonthesubstrateofSi／Si02．WithobservingthetopographyunderdifferentreactiontimebyAFM，TheformationmechanismofaminosilaneSAMswasconcluded．Experimentalresultsindicatedthattherealetwostagesintheproce

7、ssofformationofSAMs．Atfirststage，thequantityof“island'’increasedwithreactiontime．Atsecondstage，the“islands’’grewupwithreactiontime．2．TherelationshipoffrictionalcoefficientsofOTSandAPSandslidingvelocitywasanalyzedunderconstantloadbyUniversalmicro-tfibometer(UMT)．Andtherelat

8、ionshipoffrictionalcoefficientsandloadwasalsoanalyzedunderconstantvelocitybyUMT．Experimen