| 离子液体纳米薄膜的宏/微观摩擦学性能研究 | |
| 朱敏 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 白明武 |
| 2008-12-26 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学（含：化学物理） |
| Keyword | 离子液体 原子力显微镜 薄膜润滑 纳米摩擦学 粘着 Ionic Liquid Atomic Force Microscopy Nanometer Film Tribology Adhesion |
| Abstract | 纳米润滑膜在微/纳器件、磁记录系统以及空间装置中有重要应用，近年来受到了人们的广泛关注。离子液体具有超低挥发、高热稳定性、高化学稳定性等优良物理化学特性，已有大量研究表明，离子液体作为潜在的润滑剂具有优异的摩擦学性能。然而，将离子液体制备成纳米薄膜并考察其宏/微观摩擦学性能的研究报道较少。本论文以表面修饰的单晶硅片为基底，通过浸渍-提拉法制备了一系列厚度≤10 nm的离子液体薄膜。通过UMT-2MT型摩擦试验机测量了这些薄膜的宏观摩擦学性能，用原子力显微镜研究了它们的微观粘着及摩擦学性能，并对其宏/微观摩擦学机理进行了探讨。得到以下结果： 1.在羟基化和氨基化的单晶硅片表面分别制备了厚度为4 nm，具有不同阴离子的离子液体薄膜。结果表明，在宏观尺度下，阴离子为六氟磷酸根的离子液体薄膜具有最好的摩擦学性能，而阴离子为四氟硼酸根和己二酸根的离子液体薄膜则分别在羟基化和氨基化硅片上表现出较好的摩擦学性能，这主要是由于六氟磷酸根离子液体在两种基底表面具有较好的结合力和流动性。在微观尺度下离子液体薄膜能在不同程度上减小表面的粘着力和摩擦力，其中以六氟磷酸根为阴离子的离子液体薄膜表现最佳，这是由于该类离子液体与另两种离子液体相比具有较低的表面能。 2.在羟基化和氨基化的单晶硅片表面分别制备了厚度为4 nm，具有不同链长的烷基咪唑离子液体的纳米薄膜。结果表明，烷基链长对阴离子不同的离子液体宏观摩擦学性能的影响不尽相同。对阴离子为四氟硼酸根的离子液体而言，由于其粘度较低，烷基链长增加可适当增大离子液体粘度，增强薄膜在宏观条件下的承载能力，因此烷基链长较长的离子液体薄膜具有较好的摩擦学性能。而对于阴离子为六氟磷酸根的离子液体来说，由于其粘度较高，链长的增加使其粘度进一步增加，对离子液体的流动性产生影响，因而其宏观摩擦学性能变差。与此同时，这两类离子液体薄膜在氨基化硅片表面的摩擦学性能与羟基化硅片相比较差，这是由于氨基化硅片表面的APS长链对离子液体的流动会产生一定的阻碍。烷基链长增加使两类离子液体的微观粘着力和摩擦力均明显减小，这主要是由于链长的增加导致离子液体薄膜的分子排列更为有序。 3.在羟基化和氨基化的单晶硅片表面制备了厚度为4 nm的固/液态离子液体混合膜。研究发现，摩擦性能较差的液态离子液体薄膜在与具有较高熔点的离子液体混合后制备出的纳米薄膜宏观摩擦学性能有一定程度的改善，并且在羟基化硅片表面的摩擦学性能优于氨基化硅片表面，这主要是由于固态膜一方面起到了一定的承载作用，另一方面固态膜可以在一定程度上限制离子液体的转移。在微观尺度下混合膜表现相对较小的微观粘着力和略有升高的摩擦力，这是由于混合膜的微观粘着是固态膜和液态膜共同作用的结果，并且固态膜的粗糙表面会对原子力针尖产生较大阻力。 4.在铝和钛的金属膜表面分别制备了厚度为4 nm和10 nm的离子液体纳米润滑膜。厚度为4 nm的离子液体薄膜摩擦学性能较差，但是当离子液体薄膜厚度增大至10 nm后，薄膜的摩擦学性能出现明显的改善。这是由于铝和钛膜表面粗糙度较大，较薄的离子液体薄膜在摩擦过程中会向表面的低洼处转移失去对基底的保护作用，适当增加薄膜厚度后可减小离子液体转移带来的影响。在金属表面的固/液混合膜在两种厚度下的摩擦学性能都较差，这主要是金属膜的粗糙表面以及固态离子液体均会对液态离子液体的流动产生阻碍。 |
| Subject Area | 摩擦化学与物理 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2912 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 朱敏. 离子液体纳米薄膜的宏/微观摩擦学性能研究[D]. 中国科学院研究生院,2008. |
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