113 / 2021-05-25 18:04:35

受限金纳米颗粒的自组装及非线性摩擦行为研究

纳米颗粒在纳米摩擦领域应用广泛,因此研究受限纳米颗粒的自组装与润滑行为在纳米摩擦学上具有理论指导意义。采用表面力仪技术，研究了直径为5 nm的球形金纳米颗粒受限于两层负电云母表面以及两层硅烷修饰后电荷反转的云母表面时的自组装、分子间作用力及摩擦行为。结果表明，由于双电层排斥力的存在，云母表面间的金纳米颗粒会在加载时被挤出。而硅烷修饰后，云母片表面会发生电荷反转，双电层吸引力会使多层金纳米颗粒束缚在电荷反转后的云母表面之间，并且在剪切的作用力下，金纳米颗粒会发生重排。当受限于两表面之间的金纳米颗粒层厚约为20 nm时，一种独特非线性的粘-滑行为会被观测到，此时存在高摩擦系数(μ > 0.7)。这种粘-滑现象可以用速度相关性摩擦理论解释，通过改变剪切速度将粘-滑状态转变为平滑状态。本研究为解释受限纳米颗粒与带电表面的分子间作用力提供了基础，对预测受限纳米颗粒的润滑行为有重要启示。