基于AFM的石墨烯表面纳米摩擦研究

发布时间：2021-11-10 05:33

　　石墨烯因其独特的机械和物理化学性能,可作为理想的纳米润滑薄膜用于微/纳机电系统（MEMS/NEMS）活动构件的纳米间隙表面,减小界面摩擦磨损和降低系统能耗。石墨烯优异的表面纳米摩擦性能得益于其原子级光滑的惰性表面和完美的蜂窝状晶体结构,但在生长制备以及后处理过程中不可避免地会引起二者质量下降。超薄特性和极高柔性使得面外波动成为石墨烯的固有特征。因此,表面性质、结构以及面外变形是决定石墨烯表面纳米摩擦特性的本征因素。本文通过等离子体处理调控石墨烯表面性质和结构、在石墨烯表面构建皱纹、以及通过增强基底表面亲水性和变形等方式调节石墨烯面外变形,进而利用原子力显微镜（AFM）研究了表面性质、结构和面外变形在石墨烯表面纳米摩擦中的作用和机制。主要研究内容如下:1.基于表面性质和结构调控石墨烯表面纳米摩擦特性。通过等离子体处理对石墨烯的表面性质和结构缺陷进行调控,进而分别研究了表面性质和结构缺陷在石墨烯表面纳米摩擦中的作用。结果发现石墨烯表面粘附力和摩擦力均随表面亲水性增强而增大。摩擦力对层数的依赖随表面亲水性增强逐渐消失。粘附力对结构缺陷不敏感,但摩擦力随结构缺陷程度增加而增大。增强表面亲水性能... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 石墨烯表面纳米摩擦与层数的关系
        1.2.2 表面改性对石墨烯表面纳米摩擦的影响
        1.2.3 石墨烯表面纳米摩擦和结构缺陷的关系
        1.2.4 基底对石墨烯表面纳米摩擦的作用
    1.3 石墨烯表面纳米摩擦特性
        1.3.1 针尖-石墨烯界面
        1.3.2 石墨烯面外变形
        1.3.3 石墨烯-基底界面
    1.4 本文研究思路
    1.5 本文主要研究内容
    参考文献
第二章 基于表面性质和结构的石墨烯表面纳米摩擦调控
    2.1 等离子体的原理与应用
    2.2 基于等离子体处理调控石墨烯的表面性质和结构
    2.3 表面性质调控石墨烯表面纳米摩擦
    2.4 结构缺陷增强石墨烯表面纳米摩擦
    2.5 表面性质和结构缺陷影响表面纳米摩擦的机理分析
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 不同表面性质石墨烯表面纳米摩擦特性
    3.1 原始、氧化和氟化石墨烯表面摩擦和粘附对比
    3.2 原始石墨烯表面动态摩擦过程中的粘附增强效应
    3.3 粘附增强效应对表面性质的依赖性
    3.4 氧化和氟化石墨烯表面的粘附增强效应
    3.5 粘附增强效应的作用机理
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 基于面外变形的石墨烯表面纳米摩擦研究
    4.1 皱纹和波纹的产生及结构形态
    4.2 皱纹变形对表面纳米摩擦的影响
    4.3 皱纹在操纵过程中的纳米摩擦行为
    4.4 石墨烯波纹变形的摩擦表征
    4.5 波纹变形表面纳米摩擦特性
    4.6 面外变形影响表面纳米摩擦的机理分析
        4.6.1 基于面外变形的纳米摩擦机理
        4.6.2 褶皱和接触质量演变效应的作用条件
        4.6.3 皱纹和波纹表面纳米摩擦机理
    4.7 本章小结
    参考文献
第五章 基底对石墨烯表面纳米摩擦的影响
    5.1 基底表面性质和变形在石墨烯面外变形中的作用
    5.2 基底表面性质对石墨烯表面纳米摩擦的影响
        5.2.1 等离子体处理调控基底表面性质
        5.2.2 基底表面性质对表面纳米摩擦的作用
    5.3 基底变形对石墨烯表面纳米摩擦的影响
        5.3.1 软基底变形表征及对表面纳米摩擦的作用
        5.3.2 表面纳米摩擦的厚度和速度依赖性
    5.4 基底影响表面纳米摩擦的机理分析
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
攻读学位期间学术论文发表情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]二维材料纳米尺度摩擦行为及其机制[J]. 李群仰,张帅,祁一洲,姚泉舟,黄月华.  固体力学学报. 2017(03)
[2]基于石墨烯等离子体表面处理改善pH传感特性的研究[J]. 吴冬芹,黄翀,杨玮枫.  激光与光电子学进展. 2017(01)
[3]缺陷对石墨烯摩擦性能影响的分子动力学研究[J]. 王玉娟,李志翔,毕可东,杨决宽,陈云飞.  摩擦学学报. 2016(05)
[4]表面吸附对石墨烯摩擦性质影响的研究进展[J]. 王建军,王艳丽,郭鹏,李梦,杨林峰.  中原工学院学报. 2016(03)
[5]Fabrication techniques and applications of flexible graphene-based electronic devices[J]. 陶璐琪,王丹阳,江嵩,刘莹,谢谦益,田禾,邓宁勤,王雪峰,杨轶,任天令.  Journal of Semiconductors. 2016(04)
[6]低温氧等离子体处理对单层石墨烯微观结构影响的研究[J]. 邓海君,王权.  电子元件与材料. 2016(02)
[7]石墨烯在微机电系统中力学及摩擦学性能的研究进展[J]. 吴红艳,雷勇,吴红霞,王俊锋.  材料导报. 2015(15)
[8]Graphene versus MoS2: A short review[J]. Jin-Wu Jiang.  Frontiers of Physics. 2015(03)
[9]氟化石墨烯的研究及其在表面处理方面的应用进展[J]. 白瑞,赵九蓬,李垚,牛永安,张鑫,寇玉洁.  表面技术. 2014(01)
[10]微纳技术及微纳机电系统(下)[J]. 鲍海飞.  现代物理知识. 2013(06)

博士论文
[1]石墨烯—纳米探针黏结行为数值模拟及其实验研究[D]. 张保磊.重庆大学 2015
[2]等离子体处理制备高效催化剂的基础研究[D]. 邹吉军.天津大学 2005

硕士论文
[1]离子束轰击改性对石墨和石墨烯摩擦学行为影响及其机理[D]. 段天应.中国地质大学(北京) 2018
[2]基于温和等离子体技术的石墨烯层数精确控制及其性质研究[D]. 沈钢.江南大学 2017



本文编号：3486679