有序分子膜的摩擦学特性研究进展

有序分子膜优良的润滑性能使其在解决摩擦学问题中有潜在的应用价值。文中论述了有关Langmuir-Blodgett(LB)膜、自组装(SA)膜和分子沉积(MD)膜在实验研究及理论研究方面取得的进展，介绍了3种有序分子膜各自的特点及其摩擦学性能的影响因素。目前对LB膜的研究最广泛，对SA膜和MD膜的研究起步较晚，并对它们性能的优缺点进行了比较，同时对有序分子膜在纳米摩擦学方面的应用前景进行了分析。     

分子有序膜及其摩擦学行为研究进展

介绍了LB膜、自组装单分子膜(SAMs)、分子沉积(MD)膜等分子有序膜的基本概念和薄膜结构、厚度、性质以及微摩擦学行为的表征技术,并指出LB膜层问是物理吸附,热力学稳定性差;SAMs以化学键为驱动力,重现性较差;而分子沉积膜具有成膜不受基底形状和大小限制等优点,决定了它在微电子器件润滑方面具有更大的应用前景．在分子有序膜的摩擦学研究方面,着重介绍了分子有序膜本身结构(如物质种类、组成、分子链长、末端基团等)和外部条件(如法向载荷、扫描速率、相对湿度等)对摩擦学行为的影响．最后,提出了本领域需要关注的一些问题。     

LB膜和SA膜中的分子取向研究

LB(Langmuir-Blodgett）膜技术是一项有近70多年历史的技术，由于技术条件的限制，发展一直较慢，近10年来，随着纳米技术的飞速发展，日益显示出LB膜技术在纳米材料应用方面的优越性。LB膜分子间具有规整的排列和各向异性，可以实现能量转移及电子转移。通过LB膜技术可以控制分子尺度；设计成膜技术可以组装分子可以组装分子取向，进行有序分子组装，得到大面积单分子层。SA（Self-Assembly）膜技术提供了在分子水平上构造理想界面的方便手段，由于得到的膜具有传统LB膜的均一性和稳定性，近年来也成为研究的热点。     

聚喹啉/十八酸/过渡金属取代杂多阴离子杂化LB膜的制备及性质研究

将聚喹啉(PQ)、十八酸(SA)和过渡金属取代的杂多阴离子PW11ZO40^n-(Z=Cu^11，Co^11，Mn^11，Ni^11)通过LB技术掺杂，成功地制备了四种PQ／SA／杂多阴离子杂化LB膜，通过π—A曲线、荧光、吸收光谱、原子力显微镜等手段对PQ／SA／杂多阴离子杂化LB膜的成膜方式、性能、结构及形貌进行了表征，原子力显微镜研究表明，沉积在LB膜表面的杂多化合物颗粒大小在55～70nm之间。     

分子膜（MD）在岩石粉表面的吸附特征及提高采收率研究

分子膜驱油技术因其操作运用简单、不伤害储层、价格便宜等优点而成为提高油田采收率的重要方法之一。采用紫外分光光度计法研究了分子膜(MD)在陆梁油田白垩系呼图壁河组岩石粉上的静态吸附特征以及在模拟岩心中的动态吸附规律,采用Zetasizer2000研究了分子膜(MD)吸附在石英砂表面的Zeta电位变化;并进行了分子膜(MD)室内驱油实验研究。研究结果表明:1分子膜(MD)在岩石粉上12 h后吸附可达到平衡,吸附量受液固比、膜剂浓度影响,动态吸附特征曲线可分为3个阶段;2分子膜(MD)吸附在石英砂表面后会提高石英砂表面的Zeta电位,使石英砂表面呈电中性或弱正电性;3分子膜(MD)驱可降低注入压力及后续水驱注入压力,总体采收率在水驱的基础上再把采收率提高8%左右。     

硬脂酸单分子膜诱导下草酸钙晶体的生长

采用扫描电子显微镜(SEM),对比研究了硬脂酸(SA)单分子膜存在下的膜/液界面,无膜时的气/液界面以及在本体溶液中草酸钙晶体的生长规律.发现在没有单分子膜的气/液界面,草酸钙晶体呈无序生长,且与本体溶液中生长的草酸钙晶体具有相同的叉生晶型;而在有SA单分子膜存在下的膜/液界面,草酸钙晶体变为有序的孪生晶型;尿大分子硫酸软骨素A(C4S)抑制膜/液界面草酸钙晶体(101)晶面的二维生长,促使草酸钙形成薄片状晶体.     

LB膜分子系统及其性能

尽管LB膜还存在着很多待研究的问题,尚不能予以广泛地应用,但是LB技术较之其它有机薄膜的形成方法却有许多优越性,有助于新型材料的研制,因此越来越多的科学家对此产生了浓厚的兴趣,做了大量的工作,使得人们对此领域有了更进一步的认识。本文将LB膜的一些重要性质作了概括,其中包括单分子膜的形成、累积单分子膜中的能量转移及化学反应等。     

二棕榈磷脂酰胆碱单分子膜诱导碳酸钙结晶

磷脂单分子膜是生物膜的简化模拟体系,采用二棕榈磷脂酰胆碱(DPPC)作为单分子膜的成膜材料将使该领域的研究进一步接近生物体系。利用LB技术,模拟生物体系研究二棕榈磷脂酰胆碱(DPPC)单分子膜对碳酸钙晶体生长的取向和形貌的控制作用。研究表明DPPC单分子膜对碳酸钙晶体的取向和形貌有很好的控制作用。     

铝金属薄膜上制备OTS自组装分子膜的摩擦学特性

为研究铝金属薄膜上三氯十八硅烷(OTS)自组装分子膜的摩擦学特性,采用自组装的方法在铝金属薄膜上制备OTS自组装分子膜,分析了纳米尺度和毫牛尺度下载荷、滑动速度以及紫外照射对薄膜摩擦学特性的影响.结果表明:制备的OTS自组装分子膜具有疏水特性和良好的润滑性能.紫外照射5 min后,自组装分子膜摩擦力降低;紫外照射15 min时,自组装分子膜的网状结构受到破坏,减弱了润滑效果.在纳米尺度和毫牛尺度下,摩擦力随载荷和滑动速度的增大而增大;铝金属薄膜摩擦系数降低时,自组装分子膜磨损显著降低,摩擦副的耐久性略有提高.     

5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉Langmuir-Blodgett膜的性质研究

研究了具有双亲性的5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉(TSPP)在气-液界面上的成膜性能,制备了不同层数的TSPP LB膜.利用UV-vis分光光度计,小角x射线衍射,原子力显微镜等方法,研究了膜的表面形貌及卟啉分子在膜中的排列取向及相互作用.实验结果表明:双亲性的5,10,15-三对氯苯基-20-邻(α-氧基硬脂酸)苯基卟啉(TSPP)在气液界面上具有良好的成膜性能,制备的单层和多层LB膜性能稳定并具有良好的纵向均匀性和结构周期性.在旋转涂得的薄膜上,TSPP分子以聚集体的形式分散分布,未聚集的TSPP分子形成的薄膜,表面分布着大量针孔状的缺陷;LB膜表面平整均匀,TSPP分子的环平面紧密地排列在一起以羧基为支撑点垂直“站立”在基片平面上,分子侧链与基片平面成52.3°角排列.     

Tunable water-based lubrication behavior of alkyl- and fluoroalkyl-silanes

In this paper,we report the tribological properties of self-assembled molecular(SAM) films of fluoroalkylsilanes and non-fluoroalkylsilanes,with different chain-lengths,adsorbed on Si substrate surfaces by covalent bonds.The SAM films were characterized using a universal ball-disk experimental tester in aqueous solutions.The substrate surface was examined by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),and the SAM films adsorbed on the Si surfaces were inspected by contact angle measurements and XPS.Lubrication studies revealed that several kinds of fluoroalkylsilanes had similar friction coefficients;the small differences were attributed to the chain flexibility.In contrast,differences in the aqueous lubrication properties of SAM films of non-fluoroalkylsilanes were clearly identified.It is suggested that substitution with fluorine atoms and the surface affinities of fluoroalkylsilanes contributed to redistribution of surface changes,causing variations in lubrication behaviors.     

Tribological performance and chemistry of films for di-n-butyl dithiocarbamate derivatives in rapeseed oil

Two di-n-butyl dithiocarbamate derivatives were easily synthesized. Their tribological performances as lubricating oil additives in rapeseed oil were evaluated using a four-ball machine, and their chemistry of films was analyzed with X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES). The results indicate that the two compounds possess excellent anti-wear property and good load-carrying capacity. According to the XANES results, for the thermal films, the outer surfaces are mainly composed of N, S-containing polymer and ferric sulfate, and the near-surface and the bulk are composed of ferrous sulfate, while for the anti-wear films, the outer surfaces are only composed of ferric sulfate, but the near-surface and the bulk are mainly composed of ferrous sulfate.     

改进基板修饰方法制备有机/无机分子沉积膜

把氢烷偶联剂〖（ＣＨ３Ｏ）３（Ｓｉ（ＣＨ２）３ＳＨ〗直接组装在石英基板上，随后将有机膜的端疏基（ＳＨ）原位氧化为磺酸基（ＳＯ３Ｈ），再利用其负电笥表面交潜沉积上双季铵盐和ＷＯ３（ｅ＾－０，制得多层有机／无机分子沉积膜，经紫外可见光谱及小角Ｘ射线衍射表征，该膜具有良好的超薄层状有结构。     

Nanotribological behaviors of in situ nanoparticles doped molecular deposition films

The molecular deposition films of poly （diallyl dimethylammonium chloride） （PDDA） and poly （acrylicacid） （PAA） with Cu2＋ on quartz and glass substrates were prepared in laboratory first, then different bilayers films were dipped into fresh Na2S aqueous solution. As a result, CuS nanoparticles were fabricated in multilayer molecular deposition films in situ. The structure and nanotribological properties of the composite films were analyzed by ultraviolet-visible （UV-visible） spectroscopy, XPS and atomic force microscope （AFM）. It was found that the CuS nanoparticles were homogeneously distributed throughout the whole film. And these films had a much smaller friction force than their substrates and higher antiwear life than pristine PDDA/PAA molecular deposition films. The fluctuation and variation trend of the topography, hardness, and friction with the AFM indentation length were also investigated.     

TaAgN复合膜显微结构、力学性能和摩擦性能的研究

采用非平衡反应磁控溅射法制备了TaAgN复合膜。利用X射线衍射仪、CSM纳米压痕测试仪和摩擦磨损测试了复合膜的显微结构、力学性能和摩擦性能。结果显示,TaAgN复合膜由面心立方结构的TaN相和底心斜方结构的Ta₄N相组成。随着Ag靶功率的增加,硬度H、弹性模量E、弹性恢复W_e和H³/E²值均呈先升高后降低的趋势,最大值分别为34 GPa,394 GPa,57%和250 MPa。随着Ag靶功率的增加,TaAgN复合膜室温下的平均摩擦因数呈降低趋势。当Ag靶功率为25 W时,随着温度的升高,TaAgN复合膜的平均摩擦因数逐渐减小。     

SnS薄膜的制备技术及其性能的研究进展

SnS是一种Ⅳ-Ⅵ族半导体材料,非常适合于作为太阳能电池的吸收层材料。目前已经研究开发了许多制备SnS薄膜的技术,并对其性能进行了研究,详细阐述了SnS薄膜的制备技术及其性能的研究进展。     

绿色离子液体介质中有序分子聚集体构建

 离子液体具有很多物理、化学特性且环境友好,被广泛应用于化学、化工、材料、生物、环境等领域。评述了非质子化离子液体、质子化离子液体等作为绿色介质在构建胶束、溶致液晶、囊泡、微乳液和乳状液等有序分子聚集体方面的研究进展。简述了两亲分子和有序分子聚集体的基本概念、分类及发展,对各种离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂及聚合物类表面活性剂在非质子化离子液体、质子化离子液体及水溶液中自组装有序分子聚集体的类型、结构、影响因素、驱动力、机制等进行对比分析,并对其应用领域和研究趋势进行展望。     

MPTS/MPTES复合自组装薄膜的制备及摩擦磨损特性分析

采用分子自组装技术,在单晶硅表面制备3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPTES)薄膜以及MPTS/MPTES复合自组装薄膜,利用原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱仪（XPS）及接触角测定仪对MPTS/MPTES复合薄膜的结构进行分析,并采用DF PM型动/静摩擦系数精密测定仪评价其摩擦磨损性能.结果表明,与MPTS薄膜和MPTES薄膜相比,MPTS/MPTES复合薄膜具有优异的疏水性和摩擦磨损性能,其原因在于MPTS/MPTES复合薄膜的分子体积较大并具有可移动性和特殊的柔韧性,其基底附近呈现出类似于固体紧密排列的结构并具有一定的刚性和承载能力.     

合成硼,碳,氮体系化合物功能薄膜的结构性质

为探讨合成硼、碳、氮体系化合物功能薄膜结构性质，综合评述了Ｘ射线、电子衍射、高分辨电镜分析、红外光谱、拉曼光谱，以及俄歇电子谱和Ｘ射线光电子谱等方法对氮化硼、氮化碳和硼碳氮薄膜材料的结构性质的检测结果，指出以采用多种方法复合测定为宜；相互补充的成分、结构、特性等信息，会有助于薄膜结构研究的深化。