【摘要】： 自組裝分子膜的研究不僅具有深遠(yuǎn)的理論意義,而且因其在微納米器件中的廣泛應(yīng)用而具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。本文以氟代和非氟代硅烷分子膜為對(duì)象,應(yīng)用X射線光電子能譜(XPS)、原子力顯微鏡(AFM)和接觸角測(cè)量儀等實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)硅烷分子膜的形貌、成分和潤濕性進(jìn)行了表征。通過多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(UMT-2)深入地研究了分子膜的摩擦學(xué)性質(zhì),詳細(xì)比較了氟代和非氟代硅烷分子膜摩擦學(xué)性能的差異,最后,對(duì)單相和混合自組裝分子膜的生長過程和摩擦學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了簡要的對(duì)比分析。 自組裝分子膜基底的粗糙度對(duì)其潤濕性和摩擦性質(zhì)有著重要的決定作用,硅烷分子膜都是疏水性薄膜,以粗糙的多孔硅取代光滑硅片作基底時(shí),當(dāng)去離子水液滴在基底表面上處于平衡狀態(tài)后,水滴同多孔硅基底的接觸區(qū)為復(fù)合接觸區(qū),既有液-固接觸部分又有液-氣接觸部分,并且液-氣接觸部分占主導(dǎo)地位,從而使分子膜同去離子水的接觸角達(dá)到較大的值甚至超過160o,即表現(xiàn)出超疏水性。 氟代和非氟代硅烷分子膜的性質(zhì)有著顯著的差異,氟代分子膜的表面能低從而使其疏水性優(yōu)于非氟代分子膜。由于氟代分子的高剛性、強(qiáng)抗氧化性、獨(dú)特的螺旋結(jié)構(gòu)以及分子之間較強(qiáng)的范德華作用力,因此氟代分子膜的結(jié)構(gòu)致密、有序性好并且缺陷少,這些因素共同決定了氟代分子膜優(yōu)良的摩擦學(xué)性質(zhì),不僅能夠有效地降低摩擦系數(shù),而且同基底接合地更加緊密。 硅烷分子的鏈長對(duì)分子膜的性質(zhì)有著重要的影響,長鏈硅烷分子之間的分子間作用力強(qiáng)而且分子末端缺陷少,因而有利于生成致密有序的分子膜,所以相對(duì)于鏈長較短的分子膜,長鏈分子膜的接觸角更大并且摩擦學(xué)性質(zhì)更好,即表現(xiàn)出更低的摩擦系數(shù)。 論文最后探究了單相氟代硅烷分子膜以及氟代和非氟代混合硅烷分子膜的生長機(jī)理,結(jié)果表明單相氟代硅烷分子膜隨組裝過程的進(jìn)行生長較快,而且生成的分子膜的結(jié)構(gòu)有序性、致密性好且缺陷少。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單相氟代硅烷分子膜的粗糙度小、疏水性和降低摩擦系數(shù)的能力明顯優(yōu)于混合分子膜。
【圖文】：

子膜的降摩性能[11]，這種模型如圖1.1所示。圖1.1 硫醇分子彎曲的粗略模型，頂部的彎曲可以避免較長鏈分子的頂端甲基基團(tuán)同上表面潛在突起的碰撞，虛線表示硫醇分子在碰撞過程中構(gòu)型的改變混合自組裝膜有很多特殊的令人感興趣的新的性質(zhì)，因此，在單相自組裝膜的基礎(chǔ)上，對(duì)自組裝膜的組合進(jìn)行研究也引起了學(xué)者們極大的興趣�；旌献越M裝膜的制備方法同單相自組裝膜的制備方法沒有本質(zhì)的區(qū)別，因此可以通過靈活地選擇不同種類、鏈長以及選擇帶不同尾基官能團(tuán)的分子并且組裝成膜，就可2

[ ]12μ <0.0006~0.001，，如圖1.2所示，圖1.2 摩擦系數(shù)同受限的聚合物分子體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系曲線：通過檢測(cè)各種聚合物的折射率得到聚合物的絕對(duì)吸附量從而算出體積分?jǐn)?shù)。紅色和綠色符號(hào)分別表示中性分子在非極性和良溶劑中的情況；藍(lán)色符號(hào)表示陽離子型聚合電解質(zhì)—?dú)ぞ厶窃趐H值為3.5的溶液中的情況，殼聚糖在每片云母基片上的吸附量是1.2mg/m-2，圖中數(shù)據(jù)是兩次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每次實(shí)驗(yàn)取不同接觸點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；黑色符號(hào)及相應(yīng)的灰色區(qū)域表示帶電分子刷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，剪切速率范圍是250-500nm/s-1。上面三小圖表示帶不同電荷以及不帶電荷的聚合物分子在溶液中的構(gòu)型，其中正號(hào)和負(fù)號(hào)分別表示陽離子和陰離子基于高聚物分子在潤滑中的特殊現(xiàn)象及在摩擦界面間表現(xiàn)出的極好的減摩作用，揭示高分子潤滑特性的機(jī)理也越來越受到學(xué)者們的青睞，已成為摩擦學(xué)3
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH117.1

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉應(yīng)輝;鎂合金和單晶硅表面納米有機(jī)薄膜的制備及功能特性研究[D];華南理工大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2657012