超薄膜润滑的分子动力学模拟

超薄膜（膜厚趋于分子量级）的摩擦特性与宏观流体膜有很大的不同,与超薄膜的微观结构有密切的关系。本文应用可以同时模拟超薄膜宏观和微观特性的分子动力学模拟（ＭＤＳ）方法,研究了超薄膜的微观结构与摩擦学特性间的关系,发现了平行于壁面的层状类固态结构;固液作用强度及膜厚大小对类固态结构有着明显的影响;超薄膜的极限膜厚由类固态与液相的比例决定。这种微观结构的相变改变了超薄膜的摩擦学特性。模拟中还发现了剪切诱导的微观构型。     

碳纳米管操纵中的微观摩擦问题

为了充分掌握纳米操纵中的微观摩擦规律,消除微观摩擦对纳米操纵的不利影响,该文利用原子力显微镜(AFM)的超微探针作为操纵工具,对具有优异力学和电学特性的碳纳米管在不同的表面状况下进行了剪切和操纵。实验中发现,当基底的表面成分和表面形貌不同的时候,操纵过程中的微观摩擦力会有明显的变化。从与光刻技术相结合的操纵实验中可以看出,光刻后残留的光刻胶会大大增加碳纳米管与基底间的微观摩擦力,并加剧操纵工具——AFM针尖的污染与磨损。     

超薄润滑膜界面滑移现象的分子动力学研究

为研究超薄润滑膜的流变和滑移特性 ,采用了分子动力学模拟方法。模拟系统由 2个固体壁面和介于壁面间的润滑剂分子构成 ,分子模型为正癸烷。结果表明 :薄膜中粒子密度沿膜厚方向呈周期性变化 ,存在某种有序结构 ;薄膜中润滑剂分子的平均速度仍大体呈线性分布 ,但在固液界面和液体层间可以观察到滑移现象 ;壁面滑移率随着剪切率的增加而上升 ,并在高剪切率区迅速增大 ;分子级薄膜中一个重要现象是滑移可能在较低的剪切率下发生 ;薄膜中润滑剂经历着向固态转化的相变过程 ,低剪切率下的滑移率可作为衡量薄膜固化程度的定量判据     

液体介质对解理云母粘着特性影响的实验研究

通过测量原子量级光滑的两表面间的法向作用力来认识粘着行为发生的过程及机理,利用分辨率为0.02 mN的表面力仪法向力测量系统对存在液体介质的云母表面分离过程中的分离力进行动态测量。在一定范围内,当中间层液体量越大,分离力也越大,粘着现象也就越明显。当中间层为粘性液体如石蜡基中性油时,粘滞力对粘着特性的影响较大;当中间层为小粘度的液体如去离子水时,液体的表面能会对粘着特性有显著影响。     

碳纳米管的操纵和剪切

纳米级微操纵技术是纳米制造的基础和前提，也是目前科学界研究的一个热点问题，运用原子力显微镜的显微探针操纵技术，成功地对CVD方法制备的多壁碳纳米管进行了操纵和剪切，以预先设计 方案任意操纵碳纳米管，并且在实际中观测到了碳纳米管在操纵过程中弯曲、扭转联合变形的特性，发现在一定条件下，可以将碳纳米管切割分段，从而剪切掉局部晶格有缺陷的部分，得到管径分布均匀、晶格较完整的纳米零件材料，这为未来的纳米机械装配技术的研究奠定了基础。     

表面力仪及油性添加剂薄膜流变特性

为研究超薄润滑膜的摩擦特性和添加剂的影响 ,采用自制的表面力仪进行了润滑剂基础油和油性添加剂的薄膜流变实验。结果表明 :当膜厚减薄到纳米量级时 ,润滑油呈现非牛顿剪切响应 ,即剪切稀释现象 ,其等效粘度随着膜厚变薄而增加 ,并在某个临界膜厚处急剧上升。加入添加剂后 ,润滑油等效粘度降低 ,临界膜厚变小 ,说明薄膜流变特性与界面的摩擦状况有关。指出油性添加剂的功能在于形成摩擦系数小但厚度较薄的吸附层 ,与界于壁面间的润滑流体构成夹层结构 ,从而较好地解释了实验规律     

干接触体滑动过程温度场的计算

该文建立无润滑条件下滑动接触模型,考察相对滑动过程中摩擦热的产生以及传导,并研究了工程实际中对胶合、磨损、局部塑性变形有重要影响的局部温升。利用快速Fourier变换,求解L ap lace热传导方程,获得了光滑及粗糙表面的瞬时温升,以及接触体的体内各离散点的温度,从而得到半无限体干接触的温度场。结果表明:局部接触压力和摩擦因数以及相对滑动速度是和摩擦热直接相关的3个参数,在相同载荷下的粗糙峰表面接触处的瞬时温升远高于光滑表面接触处的温升。