本文關(guān)鍵詞：含氫類金剛石膜生長(zhǎng)及摩擦機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：類金剛石(diamond-like carbon,DLC)膜具有極高硬度,且摩擦系數(shù)很低,耐磨性較好,因此其在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。本文將含氫DLC膜作為研究對(duì)象,采用以第二代反應(yīng)經(jīng)驗(yàn)鍵序(second-generation reactive empirical bond order,REBO)勢(shì)函數(shù)為基礎(chǔ)的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,研究含氫DLC膜的生長(zhǎng)過程以及摩擦機(jī)理。在含氫DLC膜的生長(zhǎng)過程中,定義DLC膜的密度、氫含量以及sp3比例等參數(shù),重點(diǎn)考察入射能量以及入射源的氫含量和基團(tuán)特性對(duì)含氫DLC膜生長(zhǎng)過程的影響規(guī)律。在低能量下,入射粒子的吸附行為占主要地位,并且入射粒子傾向于保留其原有的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)入射粒子的能量增大時(shí),薄膜的相對(duì)密度也隨之增大,直至達(dá)到穩(wěn)定值,但含氫DLC膜的氫含量卻呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。含氫DLC膜生長(zhǎng)機(jī)制可概括為:低能量下,sp3結(jié)構(gòu)的形成歸因于氫原子的沉積;高能量下,sp3結(jié)構(gòu)的形成則歸因于碳原子的注入。因此,可以認(rèn)為其生長(zhǎng)機(jī)制明顯區(qū)別于無氫DLC膜。若增大入射源的氫含量,則薄膜的相對(duì)密度降低,薄膜中氫含量增大,且sp3比例大體呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。當(dāng)入射分子為不飽和自由基時(shí)更容易在表面發(fā)生化學(xué)吸附,因而其在低能量下的沉積率以及沉積得到的薄膜的sp3比例都會(huì)高于中性分子入射時(shí)的情況。但這一現(xiàn)象在高能量下并不明顯,因?yàn)楦吣芰肯氯肷淞Ｗ拥幕瘜W(xué)鍵發(fā)生明顯斷裂,破壞了原始的分子結(jié)構(gòu)。采用單粗糙峰模型,研究了不同氫含量的含氫DLC膜在不同載荷下的摩擦特性。結(jié)果表明,薄膜氫含量以及法向載荷都會(huì)影響薄膜的微觀摩擦學(xué)行為。低氫含量的薄膜在低載時(shí)呈現(xiàn)高粘附力以及高摩擦力。高載下,薄膜局部出現(xiàn)層狀類石墨結(jié)構(gòu),在摩擦過程中可以起到一定的潤(rùn)滑作用,降低薄膜摩擦系數(shù)。氫含量較高的薄膜受到的摩擦力隨載荷的變化呈現(xiàn)持續(xù)線性變化;氫鈍化現(xiàn)象在低載下尤為明顯,壓頭表面觀察到富含氫的單原子轉(zhuǎn)移層,同時(shí)氫原子在薄膜表面發(fā)生聚集,有助于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)氫鈍化表面間的摩擦,使摩擦力顯著減小。通過薄膜微觀結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)性能分析,薄膜生長(zhǎng)的最優(yōu)入射能量范圍是20-45 eV,且入射粒子可選為CH2基團(tuán),此時(shí),薄膜氫含量較高且有利于超滑現(xiàn)象的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】：含氫類金剛石膜 分子動(dòng)力學(xué) 氫含量 sp3雜化比例 相變
【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】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-29
• 1.1 課題背景及意義8-9
• 1.2 含氫類金剛石膜的制備方法9-11
• 1.3 含氫類金剛石膜的生長(zhǎng)研究11-21
• 1.3.1 實(shí)驗(yàn)方面11-13
• 1.3.2 類金剛石膜結(jié)構(gòu)的表征13-14
• 1.3.3 模擬方面14-19
• 1.3.4 含氫類金剛石膜生長(zhǎng)機(jī)制19-21
• 1.4 含氫類金剛石膜的摩擦21-27
• 1.4.1 薄膜結(jié)構(gòu)和成分的影響21-23
• 1.4.2 氣體環(huán)境的影響23-24
• 1.4.3 測(cè)試條件的影響24-25
• 1.4.4 摩擦機(jī)理研究25-27
• 1.5 本文的主要工作27-29
• 第2章 模擬方法29-36
• 2.1 核心思想29
• 2.2 勢(shì)函數(shù)29-33
• 2.3 控溫方法33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 含氫類金剛石膜的生長(zhǎng)36-51
• 3.1 生長(zhǎng)過程的模擬體系36-38
• 3.2 含氫類金剛石膜結(jié)構(gòu)的能量依賴性38-44
• 3.2.1 薄膜微觀結(jié)構(gòu)38-40
• 3.2.2 薄膜分層結(jié)構(gòu)40-42
• 3.2.3 入射能量的影響42-44
• 3.3 含氫類金剛石膜生長(zhǎng)機(jī)制44-45
• 3.4 入射源特性的影響45-50
• 3.4.1 入射源碳?xì)浔鹊挠绊?/span>45-49
• 3.4.2 入射源基團(tuán)特性的影響49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 含氫類金剛石膜的摩擦51-62
• 4.1 摩擦過程的模擬體系51-52
• 4.2 含氫類金剛石膜微觀摩擦行為52-54
• 4.3 原子尺度摩擦機(jī)理54-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 結(jié)論62-64
• 5.1 薄膜生長(zhǎng)過程的主要結(jié)論62-63
• 5.2 薄膜摩擦過程的主要結(jié)論63
• 5.3 后續(xù)研究展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69-71
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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  本文關(guān)鍵詞：含氫類金剛石膜生長(zhǎng)及摩擦機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：309788