石墨烯薄膜的制備及其摩擦學(xué)性能優(yōu)化.pdf

1、石墨烯作為碳原子的一種同素異構(gòu)體，具有典型的以 SP2雜化為主的二維晶體片層結(jié)構(gòu)，這種特殊的二維結(jié)構(gòu)造就了其優(yōu)異的物理化學(xué)性能，也因此吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注，具有重大的理論研究和實(shí)際應(yīng)用雙重意義。這其中，作為最薄的固體潤(rùn)滑薄膜，石墨烯具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。但是，綜合現(xiàn)有的各種石墨烯材料，仍存在造價(jià)昂貴，潤(rùn)滑性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問(wèn)題，本論文逐步開(kāi)展了一系列研究工作，主要研究工作如下：
　　1.利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法(PE

2、CVD)方法在高溫加熱的條件下制備了石墨烯薄膜。其中，薄膜的微觀結(jié)構(gòu)隨著溫度的梯度增加變化顯著，尤其是碳薄膜的在常溫下（20℃）呈現(xiàn)出典型的非晶碳結(jié)構(gòu)，但是隨著溫度增加至600℃時(shí)，彎曲的石墨烯片層結(jié)構(gòu)均勻分布在薄膜中。并對(duì)薄膜在相對(duì)濕度為40％的環(huán)境下的的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能做了研究，研究表明具有石墨烯長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)的薄膜表現(xiàn)出較好的摩擦學(xué)性能，在濕潤(rùn)的大氣環(huán)境下，摩擦系數(shù)低至0.03。
　　2.利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PEC

3、VD）和磁控濺射沉積復(fù)合技術(shù)制備了石墨烯/二硫化鉬片層結(jié)構(gòu)自潤(rùn)滑(Graphene/MoS2)薄膜。研究表明這種特殊的片層結(jié)構(gòu)賦予了薄膜較好的機(jī)械性能和摩擦性能，其中，在大氣環(huán)境下,該薄膜表現(xiàn)出超潤(rùn)滑現(xiàn)象,摩擦系數(shù)低至0.008，在多氣氛的N2﹑Ar和 O2環(huán)境下，該薄膜依然表現(xiàn)出超滑現(xiàn)象，體現(xiàn)出多氣氛環(huán)境工況下優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。
　　3.鑒于氧化石墨烯薄膜較高的摩擦系數(shù)，采用表面織構(gòu)技術(shù)對(duì)薄膜的潤(rùn)滑性能進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)先用間接織構(gòu)法

4、在單晶硅表面織構(gòu)出不同面積比的微米級(jí)的凹坑，然后以能形成負(fù)電子的膠體溶液為電解液體，用陽(yáng)極電泳沉積法（EPD）在事先織構(gòu)好的硅基底上沉積出厚度約（230nm）的氧化石墨烯薄膜（GO）薄膜。通過(guò)摩擦實(shí)驗(yàn)表明，表面織構(gòu)處理的薄膜因?yàn)槠潆p重固體潤(rùn)滑效應(yīng)，具有明顯的抗磨性能。其中，織構(gòu)密度比為4%的氧化石墨烯薄膜表現(xiàn)出最佳的潤(rùn)滑性能，相較沒(méi)有織構(gòu)處理的氧化石墨烯薄膜的0.095，該薄膜摩擦系數(shù)降低至0.024。
　　4.利用脈沖等離子體增