石墨烯薄膜的制備及其摩擦學(xué)性能優(yōu)化.pdf_第1頁(yè)
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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

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