离子液体基多元复合纳米润滑薄膜的构筑及其微/纳摩擦学行为

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题名	离子液体基多元复合纳米润滑薄膜的构筑及其微/纳摩擦学行为
作者	蒲吉斌
学位类别	博士
答辩日期	2011-11-22
授予单位	中国科学院研究生院
导师	薛群基 ; 王立平
关键词	离子液体石墨烯复合纳米薄膜粘着摩擦学 Ionic liquids Graphene Composite nano-film Adhesion Tribology
学位专业	材料学
中文摘要	本论文基于纳米润滑薄膜多元化和复合化的成分和结构设计理念，通过浸渍-提拉、组装等表界面构筑方法将离子液体与自组装单分子层、石墨烯、类金刚石薄膜优化复合，设计和制备出各种系列的兼有减摩润滑相（层）和抗磨承载相（层）的离子液体基多元复合纳米润滑薄膜，并借助薄膜物化性能现代表征手段、新颖的原子力胶体探针等测试方法对离子液体基多元复合纳米润滑薄膜的微/纳结构和成分、微/纳米摩擦学性能进行了评价，深入探讨了离子液体基多元复合纳米润滑薄膜的构性关系及减摩抗磨机理。主要研究内容和结果如下： 1. 利用自组装和浸渍提拉技术，在单晶硅片基底上构筑了一系列由硅烷类自组装单分子层与咪唑基花冠类磷酸盐离子液体构成的复合纳米润滑薄膜，且自组装层与离子液体层之间没有共价化学键。均匀致密的双层结构、膜层间低的剪切强度、离子液体好的自修复性能及自组装层高的抗挤压承载性能协同改善了纳米润滑薄膜的摩擦学性能，尤其是具有适中黏流性质的离子液体的复合纳米润滑薄膜表现出最佳的微/纳摩擦学性能。 2. 通过部分羧基官能化离子液体分子和不同链长的氨基终端自组装分子之间的酰胺化反应，制备出一系列层间具有共价化学键的离子液体基复合纳米润滑薄膜。在这种复合薄膜体系中，部分离子液体分子的化学键合和分子间引入的氢键进一步提高了薄膜的稳定性和摩擦学性能，尤其具有长链氨基终端自组装单分子层的复合纳米润滑薄膜表现出更加优良的摩擦学性能。 3. 通过改变室温固态和室温液态离子液体在溶剂中的混合比例，借助浸渍-提拉法构筑出一系列具有不同微/纳结构和摩擦学性能的二元复合离子液体纳米润滑薄膜。这些从不同比例的室温固态与液态离子液体混合溶液中获得的纳米薄膜显示出迥异的摩擦学性能，且从含有80%的室温固态离子液体混合溶液中制备的二元纳米润滑薄膜表现出最优的摩擦学性能，这得益于薄膜中较连续的类固相，以及嵌入类固相间或吸附在其表面的类液相形成的特殊微/纳结构。 4. 易溶离子液体对石墨烯的改性显著提高了石墨烯在离子液体丙酮溶液中的分散性，借助浸渍-提拉法从离子液体与不同比例的功能化石墨烯的混合分散液中制备了一系列石墨烯增强离子液体纳米润滑薄膜，其中均匀分布在基底上的、适量且没有交叠的石墨烯和离子液体间的固/液协同效应产生出高的抗磨性能和低的微/纳摩擦系数。 5. 借助浸渍-提拉法将离子液体涂覆在类金刚石薄膜表面，构筑的碳基复合薄膜在轻载下显示出明显缩短的初期磨合时间及低于类金刚石薄膜的微摩擦系数，而离子液体与织构化类金刚石薄膜复合后，通过织构化效应和固/液复合润滑效应进一步优化了类金刚石薄膜的摩擦学性能。
学科主题	纳米材料
公开日期	2012-11-07
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.77.64.217/handle/362003/1710]
专题	兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	蒲吉斌. 离子液体基多元复合纳米润滑薄膜的构筑及其微/纳摩擦学行为[D]. 中国科学院研究生院. 2011.