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外场作用对自组装分子膜摩擦学特性的影响

关光辉  
【摘要】: 自组装分子膜的摩擦学特性研究不仅具有重要的理论意义,而且因在微电子机械系统中的广泛应用而具有实际应用价值。本文在单晶硅表面制备FOTS自组装分子膜,通过紫外照射改变分子膜表面特性,应用接触角测量仪、红外光谱分析、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)等实验仪器对紫外照射前后的分子膜进行表征。运用多功能摩擦磨损试验机测试FOTS自组装分子膜的摩擦学特性,深入研究了载荷以及滑动速度对分子膜摩擦学特性的影响。运用Materials Studio软件进行分子动力学模拟,了解电场对FOTS自组装分子膜的摩擦学特性的影响。 紫外照射可以改变FOTS自组装分子膜的表面特性,接触角变小,表面能变大,表面变的凹凸不平,自组装分子膜由疏水变成亲水。原子力显微镜测试分析表明,紫外照射导致分子膜表面粗糙度明显增大。根据红外光谱分析以及X光电子能谱分析其原理为:紫外照射将空气中的氧气氧化成臭氧,臭氧的强氧化性导致分子膜表面-CH2变成亲水官能团-COOH,同时,紫外照射还导致了C-C键、C-H键以及C-F键的断裂,进而改变了分子膜的表面特性。 对FOTS自组装分子膜摩擦学性能进行研究表明,紫外照射前,分子膜表面的摩擦系数随滑动速度和载荷的增大而增大。紫外照射改变表面特性后,分子膜的摩擦系数具有随机性。 采用分子动力学模拟的方法研究了电场对FOTS摩擦学特性的影响。结果表明加负电场时,摩擦系数随着电场强度的增加而增大,加正电场时,摩擦系数先随着电场强度的增加而减小,电场强度达到一定强度后,摩擦系数随着电场强度增大而增大。


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