可公度处组装膜原子尺度黏—滑摩擦特性研究

使用经典分子动力学模拟的方法研究了金（111）上自组装膜的挤压和摩擦过程。计算结果表明摩擦力对应于表面的几何结构而周期变化。膜中不同单体粒子（头基和尾基）以有序的黏滑和跳跃的方式运动。静止下层膜的头基都有2－3个准稳态位置。黏带阶段头基在其中一个准稳态处振荡，两层相对滑动膜的尾基一起被拖动。而在滑动阶段头基同时跳动到一个新的准稳态，上层膜的尾基相对下层向前跳动晶格常数的一半。由此建立起摩擦过程中自组装膜链分子完整的运动模式并和Tomlinson模型所预测的进行了比较。     

氨基硅烷自组装分子膜的制备与摩擦特性

采用原子力显微镜对3-氨基丙基-三乙氧基硅烷自组装分子膜成膜过程进行了表征,其成膜过程包括两个阶段,第一阶段为APS水解产物与基体表面发生聚合反应,表现为"岛"式结构数量增多.第二阶段为APS分子之间发生聚合反应,表现为"岛"式结构长大.在微摩擦磨损试验机对氨基硅烷摩擦特性的研究表明,在载荷为50 mN时,钢球与APS自组装分子膜间的摩擦系数随滑动速度的增加而减小.在滑动速度为0.33×10-4 m/s时,钢球与APS自组装分子膜间的摩擦系数随着载荷的增大逐渐减小,但变化幅度不大.     

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.     

非离子表面活性剂溶液自聚集行为的M0nte Carlo模拟

用Monte Carlo方法模拟了非离子表面活性剂溶液形成胶束的情况.考察了链长、分子间相互作用能对表面活性剂的聚集能力、聚集形态的影响.模拟结果显示尾基-溶剂间、尾基-尾基间的作用能越大,越易形成胶束,所对应的临界胶束浓度(CMC)越小,而头基-溶剂间的作用能对胶束的形成影响不大.CMC随表面活性剂链长的增加而降低.胶束在溶液中的形成过程经历了形成大胶束→大胶束分散为小胶束→小胶束再长大的过程.     

稀土纳米膜的制备及摩擦学性能

在单晶硅和玻璃基片上用自组装的方法制备了稀土纳米膜,利用原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪等测试手段对制备的薄膜进行了表征;并用自行研制的滑动往复式微摩擦测试系统测试了其摩擦特性.研究结果表明,在玻璃和单晶硅基片表面都成功地组装上了稀土自组装薄膜,未经表面改性的单晶硅和玻璃基片的摩擦系数分别为0.80和0.79,在其表面制备稀土纳米膜后的摩擦系数分别降低至0.16和0.11,同时耐磨性及摩擦稳定性都得到显著提高,显示了稀土纳米膜在微机构表面改性的潜在应用前景.     

OTS/MPS复合自组装分子膜的摩擦特性分析

采用自组装技术制备了OT纠MPS和MPS／OTS复合自组装分子膜，在原子力／摩擦力显微镜上对薄膜的摩擦特性进行了测试．结果表明，OTS／MPS复合自组装分子膜的摩擦力随着载荷和滑动速度的增加而基本保持不变；MPS／OTS复合自组装分子膜的摩擦力随着载荷的增加而保持不变，随着滑动速度的增大而增大．OTS／MPS复合自组装分子膜既保持了一定的键合强度，又增加了自组装分子的流动性，使摩擦力显著降低。     

非离子表面活性剂溶液自聚集行为的Monte Carlo模拟

用MonteCarlo方法模拟了非离子表面活性剂溶液形成胶束的情况。考察了链长、分子间相互作用能对表面活性剂的聚集能力、聚集形态的影响。模拟结果显示:尾基-溶剂间、尾基-尾基间的作用能越大,越易形成胶束,所对应的临界胶束浓度(CMC)越小,而头基-溶剂间的作用能对胶束的形成影响不大。CMC随表面活性剂链长的增加而降低。胶束在溶液中的形成过程经历了形成大胶束→大胶束分散为小胶束→小胶束再长大的过程。     

探针作用下自组装膜的分子动力学模拟

用分子动力学模拟的方法研究了在金探针作用下沉积在金(111)表面的十六烷基硫醇自组装膜的纳米摩擦特性.整个模拟过程包括平衡、压缩和扫描3个阶段.结果表明,在压缩阶段,随着探针和膜之间距离的减小,和探针相邻近分子的倾角增大,势能也随之增大.在扫描阶段,膜出现连续滑移,且S层随着扫描方向被拖动,甚至被破坏.     

非离子型表面活性剂水溶液胶团特性模型

针对表面活性剂临界胶团浓度和胶团聚集数的预测问题，从热力学角度出发，考虑了尾基转换自由能、尾基变形自由能、胶团中心-水界面自由能和头基空间相互作用的影响，建立了单一非离子型表面活性剂自组装模型。利用该模型可直接预测非离子型表面活性剂自组装的临界胶团浓度、胶团聚集数和胶团尺寸分布，与文献数据进行了比较，二者吻合较好。     

压力对颗粒增强铝与碳基材料摩擦系数的影响

用自行研制的盘块式高速摩擦试验机,在滑动速度为30 m/s、法向载荷范围为0.1～0.8 MPa的条件下,试验观察了法向载荷对碳化硅颗粒增强6061铝复合材料与碳基材料摩擦系数的影响.结果表明:摩擦系数存在显著的压力依赖行为和摩擦过程初期的时间过渡行为.在相对稳定阶段,摩擦系数的统计平均值随法向载荷增大经历先快速增大后缓慢减小,标准偏差与法向载荷的关系也显示出类似的变化趋势.所有连续摩擦过程的初期,摩擦系数都经历一个从小到大的过渡变化,而过渡期的时间随着法向载荷的增大单调下降.     

PEEK摩擦磨损动态过程的模拟研究

文章选用聚醚醚酮/灰铸铁(PEEK/HT250)摩擦副为研究对象,利用数值模拟方法,将基于离散元法(discrete element method,DEM)思想开发的二维颗粒流程序(particle follow code in two dimensions,PFC2D)应用于PEEK摩擦磨损动态过程的模拟研究,以探讨PEEK摩擦过程中摩擦界面的动态演变规律。模拟结果表明:在摩擦的初始阶段,发生在摩擦界面的转移颗粒数和磨损颗粒数均急剧增加,材料磨损率较大;摩擦过程中,在HT250表面会产生一层转移颗粒层,即转移膜,随着转移膜的形成与完整,转移颗粒数逐渐趋于稳定,材料磨损率逐渐减小并最终趋于稳定,即转移膜的形成和稳定对于摩擦过程的稳定具有决定性作用;在研究的参数范围内,随着载荷的增加,PEEK转移和磨损颗粒数均增加;在相等行程下,随着滑动速度的增加,转移颗粒数减小而磨损颗粒数增加。     

粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能

为了探讨粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能的作用机理,使用SRV 微动摩擦磨损试验机对粘结石墨基固体润滑涂层在微动试验条件下的摩擦学性能以及抗承载能力进行研究,对其磨痕形貌和对偶转移膜进行分析.研究结果表明粘结石墨基固体润滑涂层的磨损率随着试验载荷和摩擦速度的增大而减小;而摩擦因数随着试验载荷增大而减小,随摩擦速度增大而缓慢增大;在微动摩擦过程中,高载高速可以促进高质量转移膜在对偶表面形成,从而使得粘结石墨基固体润滑涂层具有良好的抗承载能力和优异的抗磨减摩性能.     

凸轮-挺柱热弹流润滑的挤压效应分析

在凸轮-挺柱热弹流润滑仿真平台上研究了挤压效应对润滑油膜厚度、接触应力、润滑油温度和摩擦因数的影响.通过对比瞬态热弹流（TTEHL）仿真结果和准稳态热弹流（QTEHL）仿真结果发现,挤压效应使得膜厚、接触应力、温度和摩擦因数在相位上滞后于准稳态仿真结果,在凸轮-挺柱的一个工作周期内,挤压效应仅仅在几个工况突变点对上述参数的大小有明显影响,尤其是在卷吸速度为0的两个位置,挤压效应对接触应力、油膜温度和摩擦因数影响最为显著.      

摩擦参数对压电执行器振动特性的影响

提出了一种考虑运动学和振动解的摩擦振动模型,并用迭代法求解了压电执行器在运动体摩擦力作用下的振动响应.通过数值模拟和参数分析研究了运动体的速度v,正压力F_○N,相对滑动速度控制系数的延迟率C,静摩擦系数μ_○S及其下限μ_D,阻尼比ξ对于动态摩擦力和振动特性的影响趋势.结果表明压电堆的振幅随着F_○N,v,μ_S和C的增加而变大,随着μ_D和ξ的增加而减小.F_N和μ_S影响最大静摩擦力,μ_○D影响滑动摩擦力,v和C对黏着状态与滑动状态的转换以及摩擦状态转换过程中摩擦力的变化有明显的影响.     

含咪唑烷基硫醇自组装膜界面铜离子配位研究

合成了6-(咪唑-2-基)-1-己硫醇(IHT),在金电极表面形成纯的自组装膜及其与1-己硫醇(HT)的混合自组装膜,并将这些自组装膜在溶液中与铜离子进行界面配位.应用电化学循环伏安法和交流阻抗谱法探讨了各种自组装膜修饰电极界面配位铜离子的电化学行为.实验结果表明,IHT与HT以1∶4比例进行界面组装得到的混合自组装单分子层最致密,自组装膜的铜离子界面配位浓度最高达到2.3×10-11mol/cm2.界面形成的IHT-Cu2+配合物在不同的pH值溶液中测量结果表明该配合物在pH 6.4时是可以稳定存在的.     

基于热力耦合的滑动摩擦系数模型与计算分析

为预测和控制摩擦过程,通过分析界面原子在界面势能场激励下的热振动,建立了基于摩擦界面热力耦合过程的滑动摩擦系数计算模型.计算分析表明:滑动摩擦系数随相对滑动速度增大而增大;当摩擦界面实际接触面积与载荷呈线性关系时,滑动摩擦系数与接触面积无关;当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷的增加而减小;此外,滑动摩擦系数随晶格常数增大而降低,随原子质量减小而减小.     

微/纳米机械粘附及表面分子自组装膜改性技术

江苏大学研发的“微/纳米机械粘附及表面分子自组装膜改性技术”日前通过省科技厅组织的鉴定．该研究成果建立了考虑量子效应的微/纳机械粘附的作用力分析理论模型,首次将量子力作用引入微/纳机械的设计,首次得到了不同表面力作用下的抗粘附结构参数设计图．研制出点接触纯滑动微摩擦测量仪,填补了宏观与纳米级之间微摩擦测试的空白,在国内首次成功制备了FDTS的自组装膜,在国际上首先对FDTS自组装膜的减摩性能、摩擦力随栽荷变化的规律、污染膜的影响、破坏规律、时间稳定性以及湿度对FDTS自组装膜摩擦性能的影响进行了全面系统的研究。     

镁合金表面磁控溅射SiC薄膜的摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备出SiC(碳化硅)薄膜,利用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机对薄膜的纳米力学性能和膜基系统的摩擦磨损性能进行了研究.试验结果表明:此薄膜具有低纳米硬度(12.39 GPa)、低弹性模量(78.93 GPa)和高硬弹比(0.157);膜基系统具有好的摩擦磨损性能,在以氮化硅球为对磨件的室温干摩擦条件下磨损速率在10-5mm3·m-1·N-1级,摩擦系数约为0.248,薄膜未出现裂纹和剥落.分析表明,此膜基系统具有良好抗磨性能与其薄膜具有低的硬度和高的硬弹比、膜基系统具有好的弹性模量匹配是相一致的.SiC薄膜的低纳米硬度、低弹性模量系基材镁所致.     

液下原子力显微镜对BA膜和C60复合LB膜的重组

利用Langmuir-Blodgett (LB)方法, 以二十二酸 (behenic acid, BA)、 二十酸(arachic acid, AA)、 十八酸 (stearic acid, SA) 和十八胺 (octadecanyl amine, OA)作为辅助成膜材料, 组装了C₆₀复合膜和BA膜, 液下原子力显微镜直接对LB膜在水相中的重组进行观察. 结果表明, C₆₀复合LB膜和二十二酸镉单层膜在水相中都发生了重组, 但前者的重组程度较小, 并且C₆₀聚集体颗粒的粒径均匀. 脂链的重组可能是由于水相中的Cd²⁺减弱了头基与云母基片之间的相互作用引起的, 相同条件下由于混合C₆₀膜中发生酸碱缔合使其重组程度较小.     

直线振动输送机物料运动状态分析

振动输送机输送物料在运动过程中受到不连续的摩擦力及碰撞力的作用,属于强非线性动力学问题.研究物料在不同振动条件下的运动状态对振动输送机的设计至关重要.以直线振动输送机上运动的物料为研究对象,基于Coulomb摩擦定律及碰撞原理,建立了物料滑动-跳跃运动模型.并利用所建模型,分析了不同振动条件下物料运动状态的变化.研究结果表明,在物料跳跃运动过程中,存在着正向滑动甚至反向滑动,滑动作用对物料的运动有一定影响.