十八烯反应膜的制备及其微观摩擦学性能研究.pdf

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1、第卷第期摩擦学学报年月十八烯反应膜的制备及其微观摩擦学性能研究周金芳任忠海杨生荣中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州哈尔滨纺织科学研究所黑龙江哈尔滨摘要通过紫外激发在氢终止的单晶硅表面制得了十八烯的反应膜并采用接触角测定仪红外光谱仪椭圆偏光仪及原子力显微镜等表征了薄膜的结构和摩擦学特性结果表明在紫外光照射下十八烯在硅表面通过键合生成有序反应膜从而降低硅表面的粘着能和减小摩擦关键词十八烯反应膜氢终止硅表面中图分类号文章标识码文章编号就微型机械而言由于尺寸效应的影响表面摩硅表面发生键合从而制得致密有序的超薄

2、膜所得擦力的作用远超过体积力因此发展新型的润滑方薄膜试样经次超声清洗后采用公司式降低微型机械的摩擦以节约能耗就成为关键问型红外光谱仪表征其结构采用题研究表明在材料表面构筑有序分子膜可望成为型原子力显微镜一种有效的润滑技术目前业已得到关注的有序分分析观察其微观摩擦性能及表面形貌扫描子膜主要包括膜器选用微悬臂材料为自组装膜分子沉积膜等但这几种薄膜的稳定性有待改进微悬臂的弹性系数为探针呈单晶硅表面的有机分子修饰研究在生物领域已棱形尖端半径小于采用恒力模式操作电得到越来越多的关注这种方法对推动硅基材料在分压为扫描面积为扫描速子电子学

3、生物芯片以及生物传感器领域的应用和发率为试验环境为大气条件下温度湿度展具有重要意义且在硅表面化学修饰稳定性及可采用日本协和株式会社生产的型接触控性方面具有明显优势角测试仪测定蒸馏水在超薄膜表面的接触角本文给将这种方法应用于分子润滑膜的制备有可能为分子水平上的摩擦学表面工程出的接触角数据均为次测量结果的平均值采用美研究提供新的途径本文作者开展了长链烯在氢终止国公司生产的型椭圆偏光测厚仪测单晶硅表面反应膜的结构和微观摩擦学性能的研究定超薄膜的厚度工作以期对化学反应分子膜的摩擦学应用进行有益结果与讨论的探索薄膜的结构表征实验部分图

4、所示为薄膜的红外光谱图中分别示出了原基底采用单晶硅片薄膜材料十八碳烯料十八烯的红外光谱涂片透射图谱以及单晶为分析纯试剂北京化学试剂厂进口分装未经处硅表面十八烯反应膜的透射图谱可见十八烯分子中理将基底用的溶液浓硫酸过氧化的伸缩振动位于的氢浸渍清洗然后置于水溶液伸缩振动位于的反中腐蚀一定时间即得到氢终止的表面将上述经表面伸缩振动和伸缩振动位于和修饰的基底硅片浸入十八碳烯中在氮气保护下用紫对照图中的条谱线可以看出同原料十八烯的红外光中压汞灯照射使十八烯在单晶外光谱相比单晶硅表面十八烯反应膜的的基金项目国家自然科学基金资助重点项目收

5、稿日期修回日期联系人周金芳作者简介杨生荣男年生研究员博导目前主要从事纳米摩擦学研究摩擦学学报第卷图十八烯及其在硅基底表面反应膜的红外光谱图中碳链与硅表面的夹角为伸缩振动消失这表明原料十八烯在基底表面通过键合而形成超薄膜我们认为在紫外光照射下碳链在硅表面的取向示意图见图十八烯分子与硅表面的悬键发生自由基反薄膜微观摩擦学性能应从而实现烷基链在硅表面的共价键合进而形成图示出了载荷范围内氢终止的十八烯反应膜接触角是衡量表面润湿性和表面能的重要数据不同的官能团由于其对水的润湿性不同呈现不同的接触角测量结果表明氢终止的硅表面对水的接触角

6、为甲基终止的十八烯反应膜表面对水的接触角为因此硅基底表面形成十八烯反应膜后其亲水性减弱对十八烯分子进行优化模拟得到其结构示意图图从而可估算出十八烯分子的长度为图氢终止表面及十八烯反应膜表面摩擦力随载荷变化的关系曲线表面与十八烯反应膜表面摩擦力随载荷变化的关系用对所得结果进行拟合其中为摩擦力为法向载荷为摩擦系数式中第一项与接触表面的粗糙度及载荷有关第二项与分子及原子水平的粘着力相关由此可以得到氢终止的表面摩擦力与载荷之间的关系为十八烯反应膜表面摩擦力与载荷图十八烯分子及其在表面的反应膜结构示意图之间的关满足为比较两式可以看出氢

7、终止硅表面的摩擦系数和粘着力项均比椭圆偏光测厚仪测试结果表明反应膜平均厚度为反应膜表面的大因此在相同载荷下氢终止硅表面据此可以推断反应膜第期周金芳等十八烯反应膜的制备及其微观摩擦学性能研究的摩擦力大于十八烯反应膜表面的摩擦力这是由于氢终止的硅表面存在悬键具有较高的表面周峰陈淼刘维民活性加剧了探针在表面的粘着行为从而增大了摩擦力而十八烯反应膜为甲基终止的表面表面活性硅表面聚苯乙烯自组装超薄膜的制备及摩和粘着能较低相应的摩擦力较低此外由于硅表面擦磨损性能研究摩擦学学报生成了柔性的十八烯反应膜使得探针在表面的滑动阻力减小从而降低了

8、摩擦力结论在紫外光照射下十八烯在硅表面通过键合生成有序反应膜反应膜的碳链同基底硅表面的夹角为任嗣利杨生荣张俊彦该反应膜可降低硅的表面粘着能并降低摩擦力可望用于微型器件中硅材料表面的润滑及防自组装单分子膜的摩擦学研究进展摩擦学学报护参考文献温诗铸纳米摩擦学北京清华大学出版社十八烯反应膜的制备