混合自組裝膜共吸附法的制備及其微摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、隨著自組裝膜（SAMs）技術(shù)在MEMS器件潤(rùn)滑方面研究的不斷深入，有機(jī)硅烷類(lèi) SAMs特別是由兩種及兩種以上硅烷分子制備的混合 SAMs以其特有的減摩性能得到了研究人員的廣泛關(guān)注。本文對(duì)3-氨基丙基三乙氧基（APS）和十二烷基三甲氧基（WD-10）兩種硅烷分子混合自組裝膜的制備工藝及其微摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究。
　　為了獲得混合自組裝膜制備過(guò)程中最佳的組裝工藝，利用 Materials Studio（MS）軟件，分別建立Si（100

2、）基底、APS和WD-10的分子模型，并基于硅烷分子在基底表面的覆蓋率，建立了包含SAMs層和硅片基底層的分子體系模型。同時(shí)，對(duì)創(chuàng)建的分子體系模型進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，探究了不同組裝溫度和分子濃度比等制備工藝對(duì)混合自組裝膜性能的影響，為混合自組裝膜的制備實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù)。
　　基于MS軟件模擬結(jié)果，在利用共吸附法自組裝技術(shù)制備APS和WD-10混合分子膜的過(guò)程中，充分考慮組裝溫度、分子濃度比以及組裝時(shí)間、溶液的PH值等制備環(huán)境對(duì)其性

3、能的影響，制定了正交試驗(yàn)表制備出相應(yīng)的混合自組裝膜。利用 X射線(xiàn)光電子能譜儀（XPS）與原子力顯微鏡（AFM）分別對(duì)制備好的混合自組裝膜和原始硅片表面的化學(xué)組成元素與表面形貌進(jìn)行表征分析，通過(guò)結(jié)果對(duì)比，獲得混合自組裝膜制備過(guò)程中的最好組裝條件，確定最佳的制備工藝。
　　通過(guò)對(duì)混合自組裝膜共吸附法的制備過(guò)程進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，得出硅烷分子能夠自發(fā)的吸附在硅片基底表面；利用微分變化和Maxwell關(guān)系式，推導(dǎo)出混合分子膜表面能的計(jì)算公式，

4、發(fā)現(xiàn)薄膜表面能的降低有助于硅烷分子在基底組裝反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。同時(shí)，對(duì)共吸附法制備過(guò)程中環(huán)境因素影響硅烷分子在基底表面的組裝機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　最后，利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（UMT）對(duì)三種不同濃度比混合分子膜進(jìn)行宏觀(guān)摩擦實(shí)驗(yàn)，探究了SAMs技術(shù)的減摩潤(rùn)滑情況。同時(shí)，利用MEMS微摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)混合分子膜的微觀(guān)摩擦學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，分析了微摩擦過(guò)程中的摩擦機(jī)理，并對(duì)不同濃度比混合分子膜與原始硅片的摩擦系數(shù)與相對(duì)滑動(dòng)速度之間的關(guān)系進(jìn)行了測(cè)量