原位生成纳米粒子分子沉积复合膜的制备及其摩擦学特性研究

随着计算机的大容量高密度磁记录装置以及微型机械和微机电系统的发展，开发出可实现超低摩擦和接近零磨损的纳米膜润滑与抗磨技术已成为上述高新技术进一步发展的关键问题之一。本项目旨在结合分子沉积技术及原位成核生长技术在聚电解质分子沉积膜中原位生成纳米粒子，从而制备摩擦学性能良好的原位生成纳米粒子分子沉积复合膜；从膜的结构，表面特性，膜的摩擦、磨损性能，成膜条件等方面综合考察膜的性能，为分子沉积膜的应用奠定基础。本研究不仅对发展纳米膜的润滑理论与磨损理论及微纳米机构的摩擦学设计方法具有重要的学术价值，而且对于开发微型机械和微机电系统的润滑和抗磨技术也具有重要的实际意义。

本课题针对M/NEMS中微/纳构件表面改性的问题，运用分子沉积技术和原位生长技术制备了具有优异摩擦学性能的聚合物原位生长纳米粒子复合分子沉积膜。. 利用分子沉积技术在基底表面成功的制备了聚电解质分子沉积膜，在聚电解质分子沉积膜的基础上，运用原位成核生长方法成功制备了(PDDA/PSS)/Ag4SiW12O40和(PDDA/PAA)/CuS复合纳米粒子分子沉积膜；采用络合物的方法将金属Cu2+和AgCl2-离子预先置于聚电解质膜层中，再通过原位生长方法制备了(PDDA/PAA-CuS)和(PAH-Ag/PAA)复合纳米粒子分子沉积膜。利用原位成核生长方法在聚电解质PDDA/PAA分子沉积膜的基础上成功制备了(PDDA/PAA)/(CuS/ZnS)复合两种纳米粒子分子沉积膜，有效的抑制了膜层中纳米粒子的二次生长；采用络合物的方法将金属AuCl4-和Ag+离子分别预置于PDDA和PAA膜层中，再运用分子沉积技术和原位还原方法成功的制备了(PDDA-Au/PAA-Ag)复合两种纳米粒子分子沉积膜，实现了在阴阳性膜层均原位生长纳米粒子的复合分子沉积膜。以及通过分子沉积和自组装技术，加热处理制备了复合稀土分子沉积膜。. 采用原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外−可见分光光度计和X−射线光电子能谱（XPS）对聚合物原位生长纳米粒子复合分子沉积膜的表面形貌、光谱特性、元素状态等进行了表征。研究结果表明：通过分子沉积技术和原位生长方法在聚电解质分子沉积膜中原位生长了纳米粒子，且复合原位生长纳米粒子分子沉积膜均匀有序。. 采用AFM和摩擦实验仪研究了分子沉积膜的摩擦学性能。结果表明在聚合物膜层中原位生长纳米粒子后分子沉积膜的表面粘附力降低、纳米摩擦力减小，并有效的改善了分子沉积膜的耐磨性能。复合两种原位纳米粒子分子沉积膜较复合单一纳米粒子时具有更高的耐磨寿命。. 本课题利用分子沉积技术和原位生长技术制备了复合原位生长纳米粒子及稀土元素分子沉积膜，利用现代分析技术研究了复合分子沉积膜的表面及摩擦学性能，为分子沉积膜在微/纳机电系统中的应用提供了依据。