發(fā)布時(shí)間：2020-06-06 20:24

【摘要】：隨著微納制造技術(shù)和納米材料科學(xué)的迅猛發(fā)展,微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)也迎來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。石墨烯和過渡金屬硫化物等二維材料已經(jīng)被廣泛用在了滑動(dòng)元器件和摩擦副中。由于二硫化鉬(MoS2)和二硫化鎢(WS2)優(yōu)異的摩擦性能,它們已經(jīng)被作為固體潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑油添加劑和抗磨涂層等用于微機(jī)電設(shè)備、航空航天以及國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。眾所周知,材料的摩擦性能與薄膜厚度、相對(duì)滑動(dòng)速度和相對(duì)環(huán)境濕度等有著很大的依賴關(guān)系。但是,目前這些因素對(duì)MoS2和WS2納米片的摩擦性能的影響尚不清楚,這嚴(yán)重影響著它們?cè)谄骷械姆�(wěn)定應(yīng)用。因此,本文重點(diǎn)關(guān)注樣品的厚度、相對(duì)滑動(dòng)速度和相對(duì)環(huán)境濕度對(duì)MoS2和WS2納米片的摩擦性能的影響。為了方便的得到摩擦力,本文提出了一種彈性力常數(shù)法來(lái)標(biāo)定探針的橫向轉(zhuǎn)換系數(shù),然后通過在不同厚度樣品表面進(jìn)行掃描、設(shè)定不同掃描速度和設(shè)置不同環(huán)境濕度來(lái)分別實(shí)現(xiàn)對(duì)厚度、掃描速度、環(huán)境濕度的摩擦研究。本論文的主要內(nèi)容如下:1.區(qū)別于傳統(tǒng)的懸臂力法,提出了一種彈性力常數(shù)法來(lái)對(duì)橫向轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,該方法使用易從原子力顯微鏡(AFM)中獲得的法向彈性常數(shù),而不是懸臂的楊氏模量和寬度。與楔形法相比,本方法不需要特殊的標(biāo)定光柵;而與懸臂力法相比,不精確的懸臂楊氏模量得到了合理規(guī)避。2.利用機(jī)械剝離法和鋰離子插層法成功制備出少層MoS2和WS2的納米片樣品。AFM和拉曼光譜被用來(lái)表征材料的形貌、厚度和晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)MoS2納米片粘附力的實(shí)驗(yàn)表明:粘附力隨層數(shù)增加而不斷的減小,而當(dāng)層數(shù)達(dá)到大約6層之后,粘附力保持不變。在不同的相對(duì)環(huán)境濕度下,樣品的粘附力隨著濕度的增大而增加。3.對(duì)厚度、掃描速度和環(huán)境濕度對(duì)摩擦的影響進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)摩擦力和摩擦系數(shù)均隨著納米片厚度從3 nm增加到5 nm而單調(diào)的減小,當(dāng)納米片厚度大于5 nm之后,摩擦力和摩擦系數(shù)基本保持不變。此時(shí),MoS2和WS2納米片的摩擦系數(shù)大約為0.007±0.0013和0.013±0.0020;在掃描速度逐漸增加至某一臨界速度的過程中,摩擦力表現(xiàn)出了對(duì)數(shù)增加的趨勢(shì),當(dāng)掃描速度達(dá)到臨界速度3.10 μ/s之后,摩擦力保持穩(wěn)定為1.7 nN。當(dāng)相對(duì)濕度在30%～60%時(shí),摩擦力和摩擦系數(shù)均增加,此時(shí)摩擦系數(shù)的范圍為0.010～0.013。
【圖文】：

圖１．１邋ＭｏＳ２和ＷＳ２的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑

圖１．２添加類富勒烯ＷＳ２添加劑前后ＳＮ９０潤(rùn)滑劑的Ｓｔｒｉｂｅｃｋ曲線對(duì)比圖ｌ２ｆｌ】逡逑２．涂層與復(fù)合涂層逡逑Ｍ0Ｓ２作為抗磨涂層及復(fù)合涂層的添加劑已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，例如圖１．３中逡逑的涂有Ｍ0Ｓ２固體涂層的螺釘?shù)取＃祝樱灿捎谂cＭ0Ｓ２類似的結(jié)構(gòu)和性能，也得到了廣逡逑泛的研究。Ｍ．邋Ｉｗａｋｉ在超高真空和低溫環(huán)境下制備出了邋ＷＳ２涂層，將該涂層派射于逡逑硅基底上進(jìn)行往復(fù)式摩擦測(cè)試，成功觀察到了在真空條件下該涂層的超低摩擦現(xiàn)象逡逑［２２］。而隨著薄膜工藝和制備技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，抗磨涂層及復(fù)合涂層由于它們好的耐逡逑磨性能和顯著延長(zhǎng)工件使用壽命的特點(diǎn)，己經(jīng)被使用在了高真空環(huán)境下的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、逡逑滑動(dòng)部件等領(lǐng)域［２３＿２＜）］。逡逑Ｈｅ逡逑閣１．３涂有ＭｏＳ２邋Ｎ休涂層的螺釘逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH117.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2700216