基于AFM的石墨烯表面粘滑纳米摩擦特性研究
发布时间：2021-02-18 07:41
石墨烯作为纳米量级的超薄二维材料,具有极高的面内强度以及优异的润滑性能,当石墨烯的厚度下降至一个原子层时,石墨烯表面仍然具有突出的低摩擦能力,是作为微/纳机电系统（M/NEMS）中超薄润滑薄膜的首选。M/NEMS在频繁启动、持续运转等不同的应用条件下,对润滑材料的要求也各不相同,因此需要对石墨烯表面的摩擦性能进行充分的研究。然而,石墨烯的表面摩擦如粘滑运动、瞬态摩擦增强等的研究仍有着很多的空白。基于以上原因,本文利用原子力显微镜（AFM）对石墨烯表面的摩擦特性进行了研究:首先,石墨烯表面的周期性摩擦增强现象主要是由针尖-石墨烯表面间的接触面积演化和接触质量演化耦合造成的,分析了粘滑周期内的褶皱变化和接触质量变化。基于FKT模型,建立了尖端在悬浮石墨烯上滑动的物理模型,将周期性作用势建立在尖端原子处,利用弹簧连接石墨烯原子,建立起系统摩擦增强的动力学方程。指出了横向力校准理论中的Ogletree法和Varenberg法在引入粘附力上的误区,确定Ogletree楔形法为纳米摩擦实验最优的横向力校准理论。利用机械剥离法制备出单层、少层的石墨烯,并以光学显微镜、拉曼光谱及AFM检测进行了精确表...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 纳米摩擦理论模型
1.2.2 石墨烯表面摩擦的电子-声子耦合的能量耗散机制
1.2.3 石墨烯表面摩擦的粘着褶皱效应
1.2.4 石墨烯表面摩擦的接触质量演化效应
1.2.5 石墨烯表面的电场变化特性
1.3 国内外文献综述简析
1.4 本文的主要研究内容
第2章 石墨烯表面纳米摩擦理论模型及AFM横向力校准理论对比
2.1 引言
2.2 石墨烯表面纳米摩擦的基本概念及机理分析
2.2.1 石墨烯表面纳米摩擦的基本概念
2.2.2 石墨烯表面纳米摩擦机理分析
2.3 石墨烯表面纳米摩擦理论模型
2.3.1 石墨烯表面纳米摩擦模型的动力学方程建立
2.3.2 模型参数设置条件
2.4 AFM横向力校准理论对比及实验结果分析
2.4.1 AFM横向力校准理论对比分析
2.4.2 横向力校准实验结果分析
2.5 本章小结
第3章 石墨烯样品的制备、表征及表面纳米摩擦特性检测
3.1 引言
3.2 单层、少层石墨烯样品的制备、表征
3.2.1 石墨烯样品的制备
3.2.2 石墨烯样品的表征
3.3 石墨烯表面摩擦稳态时的平均摩擦力检测及分析
3.4 石墨烯表面摩擦稳态时的粘滑摩擦力检测及分析
3.5 石墨烯表面瞬态摩擦增强特性检测及分析
3.6 本章小结
第4章 探针刚度对石墨烯摩擦特性的影响及电场变化特性检测
4.1 引言
4.2 探针刚度对石墨烯表面稳态摩擦特性的影响
4.2.1 探针刚度对平均摩擦力的影响
4.2.2 探针刚度对粘滑摩擦力的影响
4.3 探针刚度对石墨烯表面瞬态摩擦增强特性的影响
4.3.1 探针刚度对摩擦增强强度的影响
4.3.2 探针刚度对饱和距离的影响
4.4 石墨烯表面的电场变化特性检测
4.4.1 石墨烯表面电场变化的层依赖性检测
4.4.2 石墨烯孤岛加工及纳米摩擦诱导的表面电场变化检测
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展[J]. 郝欢欢,刘晶冰,李坤威,汪浩,严辉. 材料工程. 2018(05)
[2]水性聚氨酯/功能化石墨烯纳米复合材料的非等温结晶动力学[J]. 李晓萱,陈涛,伍胜利. 应用化学. 2015(11)
[3]石墨烯层数测量方法的研究进展[J]. 姚雅萱,任玲玲,高思田,赵迎春,高慧芳,陶兴付. 化学通报. 2015(02)
[4]石墨烯初探之一——石墨烯及其机械剥离法制备[J]. 李一恒. 化学工程与装备. 2014(10)
[5]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[6]石墨烯的SiC外延生长及应用[J]. 陆东梅,杨瑞霞,孙信华,吴华,郝建民. 半导体技术. 2012(09)
[7]原子力显微镜摩擦力标定的改进楔形法[J]. 陈天星,张向军,孟永钢. 中国表面工程. 2011(04)
[8]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[9]石墨烯片的制备与表征[J]. 冯颖,黄世华,康凯,段晓霞. 新型炭材料. 2011(01)
[10]石墨烯的化学气相沉积法制备[J]. 任文才,高力波,马来鹏,成会明. 新型炭材料. 2011(01)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池的新型界面传输层研究[D]. 赵晓娟.华中科技大学 2019
硕士论文
[1]芳纶纤维表面及其功能化[D]. 王君.贵州大学 2017
本文编号：3039256
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 纳米摩擦理论模型
1.2.2 石墨烯表面摩擦的电子-声子耦合的能量耗散机制
1.2.3 石墨烯表面摩擦的粘着褶皱效应
1.2.4 石墨烯表面摩擦的接触质量演化效应
1.2.5 石墨烯表面的电场变化特性
1.3 国内外文献综述简析
1.4 本文的主要研究内容
第2章 石墨烯表面纳米摩擦理论模型及AFM横向力校准理论对比
2.1 引言
2.2 石墨烯表面纳米摩擦的基本概念及机理分析
2.2.1 石墨烯表面纳米摩擦的基本概念
2.2.2 石墨烯表面纳米摩擦机理分析
2.3 石墨烯表面纳米摩擦理论模型
2.3.1 石墨烯表面纳米摩擦模型的动力学方程建立
2.3.2 模型参数设置条件
2.4 AFM横向力校准理论对比及实验结果分析
2.4.1 AFM横向力校准理论对比分析
2.4.2 横向力校准实验结果分析
2.5 本章小结
第3章 石墨烯样品的制备、表征及表面纳米摩擦特性检测
3.1 引言
3.2 单层、少层石墨烯样品的制备、表征
3.2.1 石墨烯样品的制备
3.2.2 石墨烯样品的表征
3.3 石墨烯表面摩擦稳态时的平均摩擦力检测及分析
3.4 石墨烯表面摩擦稳态时的粘滑摩擦力检测及分析
3.5 石墨烯表面瞬态摩擦增强特性检测及分析
3.6 本章小结
第4章 探针刚度对石墨烯摩擦特性的影响及电场变化特性检测
4.1 引言
4.2 探针刚度对石墨烯表面稳态摩擦特性的影响
4.2.1 探针刚度对平均摩擦力的影响
4.2.2 探针刚度对粘滑摩擦力的影响
4.3 探针刚度对石墨烯表面瞬态摩擦增强特性的影响
4.3.1 探针刚度对摩擦增强强度的影响
4.3.2 探针刚度对饱和距离的影响
4.4 石墨烯表面的电场变化特性检测
4.4.1 石墨烯表面电场变化的层依赖性检测
4.4.2 石墨烯孤岛加工及纳米摩擦诱导的表面电场变化检测
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱表征石墨烯结构的研究进展[J]. 郝欢欢,刘晶冰,李坤威,汪浩,严辉. 材料工程. 2018(05)
[2]水性聚氨酯/功能化石墨烯纳米复合材料的非等温结晶动力学[J]. 李晓萱,陈涛,伍胜利. 应用化学. 2015(11)
[3]石墨烯层数测量方法的研究进展[J]. 姚雅萱,任玲玲,高思田,赵迎春,高慧芳,陶兴付. 化学通报. 2015(02)
[4]石墨烯初探之一——石墨烯及其机械剥离法制备[J]. 李一恒. 化学工程与装备. 2014(10)
[5]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[6]石墨烯的SiC外延生长及应用[J]. 陆东梅,杨瑞霞,孙信华,吴华,郝建民. 半导体技术. 2012(09)
[7]原子力显微镜摩擦力标定的改进楔形法[J]. 陈天星,张向军,孟永钢. 中国表面工程. 2011(04)
[8]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[9]石墨烯片的制备与表征[J]. 冯颖,黄世华,康凯,段晓霞. 新型炭材料. 2011(01)
[10]石墨烯的化学气相沉积法制备[J]. 任文才,高力波,马来鹏,成会明. 新型炭材料. 2011(01)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池的新型界面传输层研究[D]. 赵晓娟.华中科技大学 2019
硕士论文
[1]芳纶纤维表面及其功能化[D]. 王君.贵州大学 2017
本文编号：3039256
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