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仿生纳米复合薄膜的制备、表征及摩擦学行为研究

张晟卯  
【摘要】:近年来,文献报导类似贝壳结构的、有机-无机有序交替的层状薄膜具有 优异的摩擦学性能。本文制备了长链单体丙烯酸十二醇酯、甲基丙烯酸十二 醇酯、长链交联剂双丙烯酸己二醇酯、双甲基丙烯酸己二醇酯和二氧化硅/ 有机物、二氧化钛/有机物两种仿贝壳有机-无机纳米复合薄膜。表征了其结 构,并研究了这两种薄膜的摩擦学行为,获得的主要结果和结论如下: (1)制备了长链单体丙烯酸十二醇酯、甲基丙烯酸十二醇酯、长链交联 剂双丙烯酸己二醇酯和双甲基丙烯酸己二醇酯。并用傅里叶红外光 谱仪、质谱仪、元素分析仪对它们的结构进行了表征,结果证明所 制备的化合物结构正确。  (2)制备了γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷表面修饰的二氧化硅 纳米微粒。并用超分子自组装法将其与丙烯酸十二醇酯和双丙烯酸 己二醇酯在玻璃基片上共组装成二氧化硅/有机物复合薄膜。利用傅 里叶红外光谱仪、X-射线光电子能谱仪、X-射线衍射仪、扫描电子 显微镜等多种仪器对其结构进行了表征。结果表明,这种薄膜具有 类似贝壳结构的、有机-无机有序交替的层状结构。聚合前层间距为 3.27nm,聚合后层间距为3.32nm。并推测了其形成机理。 (3)在动静摩擦系数测定仪上研究了二氧化硅/有机物仿贝壳结构的层状 有机-无机纳米复合薄膜的摩擦学性能。发现无论是未聚合薄膜还是 聚合薄膜与钢球对磨时,与空白玻璃片相比都具有更低的摩擦系数, 仅为0.1。其减摩机理可用“刷子”模型来解释。聚合后薄膜的耐 磨寿命有了很大提高。这是由于聚合使其强度提高从而导致其耐磨 性的提高。 (4)制备了γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷表面修饰的二氧化钛 纳米微粒。并用超分子自组装法将其与甲基丙烯酸十二醇酯和双甲 基丙烯酸己二醇酯在玻璃基片上共组装成二氧化钛/有机物复合薄 膜。利用傅里叶红外光谱仪、X-射线衍射仪、紫外可见吸收仪、透 射电子显微镜等多种仪器对其结构进行了表征。结果表明,这种薄 膜具有类似贝壳结构的、有机-无机有序交替的层状结构。聚合前层 间距为4.20nm,聚合后层间距为3.91nm。并推测了其形成机理。  (5)在动静摩擦系数测定仪上研究了二氧化钛/有机物仿贝壳结构的层状 有机-无机纳米复合薄膜的摩擦学性能。发现无论是未聚合薄膜还是 聚合薄膜与钢球对磨时,与空白玻璃片相比都具有更低的摩擦系数, 仅为0.1。其减摩机理可用“刷子”模型来解释。聚合后薄膜的耐 磨寿命有了很大提高。这是由于聚合使其强度提高从而导致其耐磨 性的提高。


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