硅烷-稀土自組裝薄膜制備及其摩擦學(xué)研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)具有體積小、質(zhì)量輕、集成度高等特點(diǎn)，但 MEMS結(jié)構(gòu)微型化后，其構(gòu)件間的間隙往往處在微納米量級(jí)，摩擦和粘著等摩擦學(xué)問(wèn)題嚴(yán)重影響了MEMS的可靠性。分子有序薄膜技術(shù)可以有效改善構(gòu)件表面的摩擦、降低磨損，是解決MEMS摩擦磨損問(wèn)題的有效途徑之一。 近30年來(lái)發(fā)展起來(lái)的自組裝技術(shù)是制備分子有序薄膜技術(shù)的有效技術(shù)。自組裝薄膜優(yōu)異的潤(rùn)滑性能引起了研究者極大的興趣，因此，分子自組裝膜的制備及其摩擦學(xué)性能研究逐漸成為摩擦

2、學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 本論文針對(duì)微機(jī)電系統(tǒng)中微構(gòu)件表面改性問(wèn)題，利用稀土的特殊物理化學(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)性能的硅烷/稀土納米自組裝薄膜，取得了原創(chuàng)性的研究成果。 第一，運(yùn)用自組裝技術(shù)，在硅烷薄膜的基礎(chǔ)上，成功制備了硅烷/稀土復(fù)合薄膜。運(yùn)用原子力顯微鏡（AFM）觀察了薄膜的表面形貌，運(yùn)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)，并利用接觸角測(cè)定儀評(píng)價(jià)了其表面能。研究了薄膜自組裝的組裝

3、過(guò)程和組裝機(jī)理。 第二，通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算得知，稀土La在組裝過(guò)程中的自由能變化均為負(fù)值，其健能差為-336 KJ/mol；稀土La能夠化學(xué)吸附于基底并與基底自發(fā)地發(fā)生化學(xué)鍵合，形成硅烷/稀土薄膜自組裝薄膜，其與基底之間的結(jié)合力非常強(qiáng)。通過(guò)Legendre微分變換和Maxwell關(guān)系式，得出薄膜表面能的表達(dá)式：。 第三，研究了硅烷薄膜和硅烷/稀土薄膜的摩擦學(xué)性能，結(jié)果表明硅烷/稀土薄膜（MPTS/RE薄膜和MPTS-MPTE

4、S/RE薄膜）具有優(yōu)異的減摩抗磨性能。在實(shí)驗(yàn)條件下，MPTS/RE薄膜摩擦系數(shù)為0.11，磨穿次數(shù)為2800次；MPTS-MPTES/RE薄膜摩擦系數(shù)為0.09，磨穿次數(shù)為6200次。 第四，探討了薄膜結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜摩擦學(xué)性能的影響：集剛性和柔性為一體的薄膜結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)薄膜的摩擦學(xué)性能，其底部為剛性分子或者基團(tuán)，可以承載一定的壓力；而頂部的柔性分子或者基團(tuán)，具有一定的流動(dòng)性和柔韌性。 本論文首次利用自組裝技術(shù)成功地制備了硅烷