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聚合物纳米复合膜的制备及其摩擦学行为研究

麻洪霞  
【摘要】: 实现超低摩擦和近零磨损的纳米膜润滑和抗磨技术已成为微型机械和微机电系统(MEMS)进一步发展的关键。在这种应用背景的驱使下,许多研究小组都在积极探索合成本身具有减摩耐磨等摩擦学性能的成膜体系,并深入研究其成膜机制和各种影响因素,以便更好地开拓纳米分子有序超薄膜在摩擦学领域的应用。 本文利用层接层自组装技术和原位化学反应相结合的方法,在单晶硅基底上制备出含有Cu(OH)2纳米微粒的PAA/PDDA聚合物纳米复合膜;利用旋涂-逐层静电组装技术制备出掺杂Cu的PDDA/PSS聚合物纳米复合膜和SiO_2纳米复合薄膜。采用UV-vis吸收光谱、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对所制备的纳米复合膜进行了组成、结构和形貌表征。采用多功能微摩擦仪(UMT-2)考察了薄膜与440C不锈钢球(Ф4mm)对摩时的摩擦学行为,并采用扫描电子显微镜观察了小球磨斑的表面形貌及薄膜磨痕的表面形貌。研究结果表明,含有Cu(OH)_2纳米微粒的PAA/PDDA聚合物纳米复合膜和掺杂Cu的PDDA/PSS聚合物纳米复合膜都具有良好的摩擦学性能,这是由于薄膜中的纳米微粒提高了薄膜的承载能力所致。对于SiO_2纳米复合薄膜,SiO_2表面修饰有功能基团-NH_2,在酸性条件下表面带正电荷,它可与PAA中的-COO-静电结合成膜,而薄膜受热后,静电结合转化为共价键结合,增强了薄膜的结合强度;同时,SiO_2纳米颗粒在薄膜中起到承载作用。在双重作用下,薄膜的摩擦学性能大大提高。


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