微/纳尺度织构化表面的粘着和摩擦学行为研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张晓亮 |
| 学位类别 | 工学博士 |
| 答辩日期 | 2013-05-20 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 贾均红 |
| 关键词 | 纳米摩擦学 表面织构化 粘着 原子力显微镜(AFM) Nanotribology Surface texturing Adhesion Atomic force microscopy (AFM) |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 采用自组装、旋涂和复制模塑等方法，制备了不同结构特征的微/纳织构化表面，利用原子力显微镜（AFM）和胶粒探针显微镜研究了表面织构化对其粘着和摩擦行为的影响，系统地研究了表面织构尺寸大小、织构高度、织构密度、织构间距，表面粗糙度、表面润湿性，试验载荷、滑动速率，接触对偶（胶粒探针）尺寸等因素对织构化表面粘着和摩擦行为的影响，探讨了多峰接触表面的接触模型及粘着和摩擦机制，主要结论如下： 1.利用自组装法制备了织构密度可控、织构大小一致的两种粒径的纳米颗粒织构化表面。采用 AFM 探针时，纳米颗粒织构化表面的粘着力主要与针尖和织构化表面之间的有效接触面积（纳米颗粒表面覆盖率）相关，其表面粘着力随着纳米颗粒表面覆盖率的增加而降低。摩擦力除了受有效接触面积的影响外，还受AFM 探针和纳米颗粒之间“碰撞效应”的影响。采用胶粒探针时，发现胶粒探针更容易在织构化表面形成多峰接触模式，可有效降低接触面积，从而可以有效降低表面粘着力和摩擦力；当纳米颗粒堆积密度非常高时，会使胶粒探针的接触点数量增多，接触面积增大，从而增加粘着力和摩擦力。 2.利用旋涂法制备了排列紧密规整的微球织构化表面，并通过自组装技术在织构化表面组装单分子疏水层制备得到表面疏水的微球织构化表面，采用胶粒探针研究了表面润湿性、表面粗糙度、试验载荷等对其粘着和摩擦行为的影响。相比于平面样品，微球织构化可有效减少表面接触面积而降低粘着力和摩擦力。在织构化表面引入疏水层后能有效减少毛细管作用力，而进一步降低粘着力和摩擦力。相比于表面疏水改性，表面微球织构化能更有效的降低表面粘着力；而表面疏水改性比微球织构化能更有效的降低相对摩擦系数。 3.采用复制模塑法制备了结构规整的微柱/微孔织构化表面，通过微柱/微孔织构化显著降低了表面的接触面积，从而有效降低了表面的粘着力，且粘着力随着织构点阵密度的增加而降低；相比于微孔织构化，微柱织构化能更有效的降低表面粘着力。对于微柱织构化表面，当织构点阵间距大于胶粒探针尺寸时，会存在明显的“碰撞效应”；只有当织构点阵间距小于胶粒探针尺寸时，才能有效降低表面的摩擦力。微孔织构化表面因不存在明显的“碰撞效应”而比微柱织构化表面能更有效的降低表面摩擦力，且摩擦力随着微孔点阵密度的增加而降低。 4.采用旋涂法制备了纳米织构化粗糙表面，利用不同曲率半径的胶粒探针分别考察了纳米织构化粗糙表面的粘着和摩擦行为。相比于平面表面，纳米织构化粗糙表面能显著降低胶粒探针的接触面积，从而可有效降低表面的粘着力和摩擦力，纳米织构化粗糙表面的粘着力和摩擦力随着胶粒探针尺寸的增加而升高 |
| 公开日期 | 2014-04-30 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/5526]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张晓亮. 微/纳尺度织构化表面的粘着和摩擦学行为研究[D]. 中国科学院大学. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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