464 / 2021-06-18 12:06:37

基于自组装膜和石墨烯的跨尺度超滑界面的构筑

随着器件尺寸减小到微米乃至纳米尺度，急剧增大的比表面积会产生严重的尺度和表面效应，使得以粘附和摩擦为代表的表面力成为限制微纳器件性能和寿命的关键因素。因此，跨微纳尺度的超滑对于微/纳米机电系统、硬盘驱动器和微机械轴承的稳定运行发挥着非常重要的作用。我们提出了一种基于批量的表面修饰和石墨烯构筑超润滑界面的方法，设计并制备了多种跨微纳尺度界面。对这些界面的粘附、摩擦研究表明，1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三氯硅烷自组装膜(FDTS SAMs)/石墨烯界面具有较低的摩擦力，且随着石墨烯厚度的增加，摩擦力逐渐降低。随着研究尺度的增加(20 nm, 0.8 μm, 2 μm, 5 μm, 10 μm)，摩擦力逐渐增大，但是，摩擦系数仍在超滑范围。即使在高湿度、高载荷下，FDTS/石墨烯界面仍保持稳定的超滑特性。通过对表面润湿性、接触面积和原子尺度摩擦特性的分析，提出了跨尺度超滑界面的机理。对微纳尺度摩擦副的复杂界面设计具有重要的应用前景。