氧化石墨烯和氟化氧化石墨烯电泳沉积薄膜摩擦学性能和生物相容性研究

发布时间：2017-06-27 18:08

  本文关键词：氧化石墨烯和氟化氧化石墨烯电泳沉积薄膜摩擦学性能和生物相容性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：MEMS/NEMS是本世纪最令人瞩目的技术之一。随着MEMS/NEMS尺寸的微型化,其表面效应所引发的粘着、摩擦磨损等问题成为了影响MEMS/NEMS可靠运行重要因素。由于MEMS/NEMS制作工艺限制,传统的液体润滑不再适用。人们曾尝试利用SAMs膜、DLC薄膜等固体润滑薄膜来解决摩擦磨损问题。但SAMs膜耐磨性能差,而DLC薄膜等工艺条件复杂,因此限制了在MEMS/NEMS上的应用。目前MEMS/NEMS在医学上的应用日渐广泛,材料的毒性以及生物相容性成为一个医用器件不可忽略的问题。石墨烯是一种理想的固体润滑材料,但传统的气相沉积法制备的石墨烯薄膜不仅成本昂贵,而且面临薄膜转移等难题。针对以上问题,本论文开展了一系列的研究工作,主要研究内容和结果：1.利用恒电压电泳沉积法通过控制沉积时间因素在硅基底制备了氧化石墨烯薄膜,并对氧化石墨烯薄膜进行表征,同时考察了其摩擦学性能。研究发现恒电压电泳沉积氧化石墨烯薄膜是沉积速率逐渐减小,先沉积大片径的氧化石墨烯,后沉积小片径的氧化石墨烯,并且薄膜力学性能逐渐增强的一个过程。通过氧化石墨烯薄膜的摩擦学研究,发现含氧基团和缺陷较少的氧化石墨烯更有利于减摩抗磨。2.采用恒电流电泳沉积技术制备了氧化石墨烯薄膜,通过对其进行摩擦学性能测试,发现在2mA的条件下薄膜具有优异的摩擦和磨损性能。在室温下与恒电压电泳沉积氧化石墨烯薄膜相比摩擦系数和磨损量降低1倍,具有良好的耐磨性和较低的摩擦系数。由于恒定电流对电泳沉积氧化石墨烯在薄膜的表面粗糙度、密实程度具有良好的可控性,使得恒电流电泳沉积方法相较于恒电压电泳沉积是一种更有潜力的方法。3.采用水热法制备FGO, F/C的含量可以达到29%,并且能很好地分散在水中。从而运用恒电流电泳沉积法在硅基底上制备的氟化氧化石墨烯薄膜。氟化氧化石墨烯薄膜的厚度可以通过调整电泳的工作电流来实现。通过研究工作电流对氟化氧化石墨烯薄膜的粗糙度、结合力等的影响规律,发现2mA电流条件下沉积的氟化氧化石墨烯薄膜具有最优的摩擦学性能：摩擦系数降低至Si的1/4,磨损量降低至1/29。总之,由电泳沉积法制备的氧化石墨烯薄膜能有效地减小硅基底的摩擦,延长其磨损寿命。在生物相容性方面,氟化氧化石墨烯具有良好的生物相容性以及能促进MC3T3-E1成骨细胞的生长,并且细胞的增值率随薄膜的F/C增大而增大。这预示氟化氧化石墨烯薄膜在医用MEMS/NEMS中的巨大应用潜力。
【关键词】：电泳沉积 氧化石墨烯 氟化氧化石墨烯 摩擦 磨损
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.2
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.1.1 MEMS/NEMS的概念10
• 1.1.2 MEMS/NEMS的分类及应用10-11
• 1.1.2.1 MEMS/NEMS的分类10
• 1.1.2.2 MEMS/NEMS的应用10-11
• 1.1.3 MEMS/NEMS存在的问题11
• 1.2 国内外本学科领域的发展现状与趋势11-20
• 1.2.1 有序分子膜11-12
• 1.2.2 固体润滑薄膜12-13
• 1.2.3 石墨烯及石墨烯衍生物薄膜13-20
• 1.2.3.1 石墨烯13-14
• 1.2.3.2 氧化石墨烯及氧化石墨烯薄膜的摩擦学研究进展14-17
• 1.2.3.3 氟化石墨烯及氟化石墨烯薄膜的摩擦学研究进展17-20
• 1.3 本论文的选题依据和研究内容20-22
• 第2章 恒电压电泳沉积氧化石墨烯生长过程及摩擦学性能22-28
• 2.1 实验23
• 2.1.1 样品制备23
• 2.1.2 样品结构和性能表征23
• 2.2 结果与讨论23-27
• 2.2.1 GO薄膜的表征23-26
• 2.2.2 GO薄膜的力学性能26
• 2.2.3 GO薄膜的摩擦学性能26-27
• 2.3 小结27-28
• 第3章 恒电流电泳沉积氧化石墨烯薄膜以及摩擦学性能28-36
• 3.1 实验28-29
• 3.1.1 样品制备28-29
• 3.1.2 样品结构和性能表征29
• 3.2 结果与讨论29-35
• 3.2.1 GO薄膜的表征29-32
• 3.2.2 GO薄膜的力学性能32-33
• 3.2.3 GO薄膜的摩擦学性能33-35
• 3.3 小结35-36
• 第4章 电泳沉积氟化氧化石墨烯薄膜摩擦学性能以及生物相容性36-43
• 4.1 实验36-38
• 4.1.1 样品制备36-37
• 4.1.2 样品结构和性能表征37
• 4.1.3 生物相容性测试37-38
• 4.1.3.1 MC3T3-E1细胞的培养37-38
• 4.1.3.2 MTT测定38
• 4.2 结果与讨论38-42
• 4.2.1 FGO的表征38-39
• 4.2.2 FGO薄膜的表征及摩擦学性能39-40
• 4.2.3 FGO薄膜的生物相容性40-42
• 4.3 小结42-43
• 结论43-44
• 参考文献44-51
• 致谢51-52
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录52

  本文关键词：氧化石墨烯和氟化氧化石墨烯电泳沉积薄膜摩擦学性能和生物相容性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：490730