金屬表面微-納米薄膜的水熱法制備及其摩擦學(xué)性能的研究.pdf

1、納米材料因其結(jié)構(gòu)上的特殊性導(dǎo)致性能上的特殊性已經(jīng)廣泛的受到了各個領(lǐng)域的熱切關(guān)注。納米薄膜是由尺寸在納米量級的晶粒構(gòu)成的薄膜，納米顆粒是指具有1-100nm尺度的細(xì)微粒子，這是處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域內(nèi)的一種典型的介觀系統(tǒng)，呈現(xiàn)出異于塊材的特性如表面效應(yīng)和體積效應(yīng)等，且其表面效應(yīng)隨著顆粒尺寸變小，表面積顯著地增大而加強(qiáng)。使得材料的那些與表面狀態(tài)有關(guān)的物理、化學(xué)或物理化學(xué)特性顯著的與宏觀大顆粒不同。為了利用納米薄膜的優(yōu)異性能，人們

2、嘗試研究納米薄膜的多種制備方法，力圖為工業(yè)化應(yīng)用找到工藝簡單制備成本低廉而且性能優(yōu)異的制備納米薄膜的方法。本論文的工作主要涉及這一領(lǐng)域，將以金屬銅和金屬鋅為基底，采用水熱技術(shù)在金屬表面構(gòu)筑微/納米薄膜，之后采用自組裝技術(shù)在粗糙的微/納表面沉積具有低表面能的有機(jī)薄膜。較為系統(tǒng)地研究了金屬表面薄膜的形成機(jī)制、表面形貌及潤濕性，重點(diǎn)考察了薄膜的摩擦學(xué)行為，同時研究了制備條件對金屬銅和金屬鋅表面薄膜摩擦學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)取得一定進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn):

3、
　　 (1)金屬銅經(jīng)水熱處理后得到了一層致密的薄膜，當(dāng)反應(yīng)物只有銅片、硫粉及去離子水時，表面生成物為Cu2S，掃描電鏡下顯示生成了大量的微/納米顆粒，該薄膜表現(xiàn)出了一定的減摩耐磨效果;但在反應(yīng)體系中加入肼和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)后，表面生成物中除Cu2S外，還存在微量的CuO，形貌與上述薄膜相似，但該薄膜具有更為優(yōu)異的減摩耐磨性能，在我們的實(shí)驗(yàn)條件下該薄膜的耐磨壽命達(dá)到7200s以上，而銅基底的耐磨壽命僅為5s。

4、r>　　 (2)上述制備的薄膜表面與水的接觸角分別為103°和140°，采用氣相沉積法在表面沉積有機(jī)硅烷薄膜，得到的表面對水的接觸角分別增大到143°和153°，后者更是表現(xiàn)出超疏水性。然而沉積有機(jī)硅烷后，薄膜摩擦學(xué)性能在初始階段反遭一定程度的破壞，于是考察了選用不同脂肪酸自組裝技術(shù)改性對薄膜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沉積硬脂酸(stearicacid，STA)后的薄膜接觸角為150°，依然表現(xiàn)超疏水性，而且表現(xiàn)了十分優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。

5、>　　 (3)金屬鋅與尿素、磷酸二氫鋅(Zn(H2PO4)2·2H2O)以及十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)在水溶劑體系下經(jīng)水熱反應(yīng)后得到磷酸鋅薄膜，表面與水的接觸角為0°，呈超親水，并表現(xiàn)出了一定的減摩耐磨性能，耐磨壽命達(dá)800s。隨后考察了硬脂酸修飾對薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)修飾后的表面接觸角增大到137°，呈高疏水，而耐磨壽命提高到3600s以上。同時考察了不同反應(yīng)物及不同表面活性劑對所得薄膜的影響，希望找到最佳制備條件。
　　

6、 (4)金屬鋅與硫脲和肼的水溶液經(jīng)水熱反應(yīng)后得到ZnS薄膜，掃描電鏡照片可以看出金屬鋅表面生長了大量的納米顆粒，與水的接觸角為90°，并在一定程度上降低了金屬鋅表面的摩擦系數(shù)，起到了保護(hù)鋅基底的作用。
　　 總之，本論文結(jié)合水熱和自組裝技術(shù)，利用微/納表面的微織構(gòu)效應(yīng)和有機(jī)薄膜的納米潤滑的協(xié)同作用，在金屬銅和金屬鋅表面構(gòu)筑的高疏水有機(jī)復(fù)合薄膜表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的減摩和耐磨性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果無疑對研制和開發(fā)具有減摩和耐磨特性的新型金屬銅