摘要：硅材料具有化学稳定性好、硬度高、表面粗糙度小、低廉等优点，在微机电系统/纳机电系统（MEMS/NEMS）中运用广泛。但是，与传统的宏观尺度机械不同，MEMS/NEMS设备缺乏有效的润滑技术，导致硅材料表面具有较高的静摩擦力及低抗磨性能等缺点。探讨硅基表面特性是改善其摩擦、降低磨损和提升设备运转可靠性的有效途径。自组装膜结构致密、刚性较大、制备工艺简单，由此在解决MEMS/NEMS中微摩擦磨损不足上具有优势。但是，自组装膜还有着化学稳定性较弱，界面结合力与承载能力较低，抗磨性较差以及对环境变化比较敏感等不足。本论文针对MEMS/NEMS中微组件表面改性不足，利用碳纳米管（CNTs）的优异力学性能和物理性质以及稀土的独特物理化学性质，并运用自组装膜技术在硅片表面制备了具有优异摩擦学特性的稀土改性碳纳米管自组装膜。第一，运用自组装膜技术，在聚二烯丙基二氯化铵（PDDA）自组装膜、3－氨基丙基－三乙氧基硅烷（APTES）自组装膜两种预处理膜的基础上，成功地制备了稀土改性碳纳米管自组装膜，浅析了自组装膜的组装历程及组装机制。利用扫描电子显微镜（SEM）检测了自组装膜的表面形貌，利用X射线光电子能谱仪（XPS）探讨了自组装膜表面典型元素的化学状态，并利用接触角测定仪浅析了其疏水性。第二，探讨了自组装膜的摩擦学性能。结果表明：聚二烯丙基二氯化铵/碳纳米管交替沉积自组装膜（简称：PDDA/CNTs自组装膜）和3－氨基丙基－三乙氧基硅烷/碳纳米管自组装复合膜（简称：APTES/CNTs自组装膜）具有优异的减摩抗磨性能。在实验条件下，PDDA/CNTs自组装膜的摩擦系数为0.13，APTES/CNTs自组装膜的摩擦系数为0.11；PDDA自组装膜的磨穿时间为700秒，APTES自组装膜的磨穿时间为820秒，PDDA/CNTs自组装膜的磨穿时间为8000秒，APTES/CNTs自组装膜的磨穿时间大于8000秒。第三，浅析了影响自组装膜摩擦学性能的主要因素：自组装膜层数、稀土、碳纳米管。其中，碳纳米管的优异物理化学性质及力学性能是呈现PDDA/CNTs自组装膜、APTES/CNTs自组装膜与PDDA自组装膜、APTES自组装膜两种预处理膜性能差别的最重要因素。稀土改性碳纳米管自组装膜具有较好的摩擦学性能。碳纳米管可以起到“分子轴承”的作用，既可以承载一定的压力，提升其抗磨性能；又降低了自组装膜表面的摩擦系数。本论文运用自组装膜技术制备了稀土改性碳纳米管自组装膜；并利用现代浅析测试技术探讨了自组装膜表面特性，揭示了自组装膜的组装机制；探讨了试验条件下稀土改性碳纳米管自组装膜的摩擦磨损性能。探讨结果为解决因微摩擦磨损过大而导致MEMS/NEMS组件失效难题提供了一种有效途径。关键词：硅基论文自组装膜论文碳纳米管论文摩擦系数论文
摘要5-7
ABSTRACT7-10
目录10-12
缩写和符号说明12-13
第一章 绪论13-24
1.1 选题背景及探讨作用13-16
1.2 国内外探讨近况及有着的不足16-21
1.2.1 自组装膜技术探讨近况16-18
1.2.2 自组装膜的摩擦学探讨近况18
1.2.3 稀土在摩擦学中的运用18-19
1.2.4 碳纳米管在摩擦学中的运用19-21
1.3 本论文探讨拟解决的关键不足21-22
1.4 本论文的主要探讨内容22-24
第二章 稀土改性碳纳米管自组装膜的制备24-33
2.1 引言24
2.2 实验材料及试剂24-25
2.3 基片的处理25
2.4 碳纳米管的功能化及稀土改性处理25-27
2.5 PDDA 自组装膜的制备27-28
2.6 APTES 自组装膜的制备28-30
2.7 PDDA/CNTs 自组装膜的制备30
2.8 APTES/CNTs 自组装膜的制备30-32
2.9 本章小结32-33
第三章 稀土改性碳纳米管自组装膜的表征及浅析33-49
3.1 引言33
3.2 表征仪器及测量策略33-34
3.3 碳纳米管的表征及浅析34-39
3.4 PDDA 自组装膜的表征及浅析39-40
3.5 APTES 自组装膜的表征及浅析40-42
3.6 PDDA/CNTs 自组装膜的表征及浅析42-45
3.7 APTES/CNTs 自组装膜的表征及浅析45-48
3.8 本章小结48-49
第四章 稀土改性碳纳米管自组装膜的摩擦学探讨49-68
4.1 引言49
4.2 自组装膜的摩擦学机理49-50
4.3 自组装膜摩擦学参数的测试设备50-51
4.4 自组装膜的摩擦学性能的测试结果及讨论51-64
4.4.1 PDDA/CNTs 自组装膜的摩擦系数及浅析51-56
4.4.2 APTES/CNTs 自组装膜的摩擦系数及浅析56-61
4.4.3 自组装膜的磨损性能及浅析61-64
4.5 自组装膜的摩擦学性能比较及其磨损机制的浅析64-67
4.6 本章小结67-68
第五章 全文总结68-70
5.1 论文主要结论68-69
5.2 对今后工作的倡议69-70
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