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几种微构件材料的表面能及纳观黏附行为研究

物理学报 2009年第4期58卷 2518-2522页

作者：薛伟郑蓓蓉张淼解国新王权温州大学机电工程学院温州323035 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室上海200050

对微机电系统(MEMS)中几种常用构件材料的表面能及其主要影响因素进行了探讨,并与材料表面的纳观黏附性能进行了分析比较.用Owens二液法计算出硅基材料的表面能在60—75mJ/m2之间,它们之间总表面能的差异主要归结为表面能极性分量的差异... 详细信息

对微机电系统(MEMS)中几种常用构件材料的表面能及其主要影响因素进行了探讨,并与材料表面的纳观黏附性能进行了分析比较.用Owens二液法计算出硅基材料的表面能在60—75mJ/m2之间,它们之间总表面能的差异主要归结为表面能极性分量的差异,表面粗糙度的存在使表观表面能有所偏高.施加自组装分子膜后的表面能大为降低,粗糙度的存在可以使其表面能进一步减小.纳观黏附力和表面能之间有一定的对应关系.另外,在研究中发现表面粗糙度对纳观黏附行为的影响较小.

关键词： MEMS 表面能纳观黏附粗糙度

GeSb_2 Te_4相变薄膜表面形貌的分形特征

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江苏大学学报（自然科学版） 2006年第5期27卷 430-433页

作者：付永忠丁建宁杨继昌解国新江苏大学纳米技术研究中心江苏镇江212013

在Si(111)基底上用磁控溅射法以不同射频功率制备GeSb2Te4薄膜.利用高度相关函数法对薄膜的原子力显微镜图像进行分形计算,得到表面形貌的分形维.结果表明,分形维的大小与薄膜表面质量成正比,而表面粗糙度不能全面描述薄膜表面形貌;溅... 详细信息

在Si(111)基底上用磁控溅射法以不同射频功率制备GeSb2Te4薄膜.利用高度相关函数法对薄膜的原子力显微镜图像进行分形计算,得到表面形貌的分形维.结果表明,分形维的大小与薄膜表面质量成正比,而表面粗糙度不能全面描述薄膜表面形貌;溅射功率对薄膜表面微观结构有直接影响,在一定范围内,增大溅射功率可以提高薄膜表面质量,但超过一定值后,又会降低薄膜表面质量.并指出利用分形维可以优化溅射工艺参数.

关键词： GeSb2Te4薄膜分形高度相关函数溅射功率

硅基微机械表面粘附及摩擦性能的AFM试验研究

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中国机械工程 2006年第2期17卷 200-203页

作者：解国新丁建宁范真付永忠江苏大学镇江212013

在Si(1 0 0)基片上制备了十八烷基三氯硅烷(OTS)分子润滑膜,并用原子力显微镜(AFM)对比研究了施加OTS膜前后的硅表面的粘附、摩擦磨损性能。试验考虑了相对湿度和扫描速度对粘附、摩擦性能的影响。结果表明,相对于硅构件来讲,OTS膜表面... 详细信息

在Si(1 0 0)基片上制备了十八烷基三氯硅烷(OTS)分子润滑膜,并用原子力显微镜(AFM)对比研究了施加OTS膜前后的硅表面的粘附、摩擦磨损性能。试验考虑了相对湿度和扫描速度对粘附、摩擦性能的影响。结果表明,相对于硅构件来讲,OTS膜表面粘附力较小,具有较小的摩擦因数,呈现较好的润滑性能;硅构件受湿度变化的影响比OTS膜明显。微构件的摩擦性能由于水合化学作用生成Si(OH)4润滑膜,使得其受相互间运动速度影响很大。OTS膜不仅是一种耐磨性较好的润滑膜,而且有良好的稳定性。

关键词：原子力显微镜(AFM) 微/纳机电器件(MEMS/NEMS) 粘附摩擦磨损

类金刚石薄膜微观摩擦性能的FFM评价——针尖尺度效应

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中国机械工程 2006年第16期17卷 1730-1734页

作者：范真丁建宁解国新凌智勇李长生江苏大学镇江212013

采用等离子体增强气相沉积制备了类金刚石薄膜,利用原子力显微镜的轻敲模式观察了它们的形貌,并在考虑外加载荷和扫描速度的基础上,用摩擦力显微镜(FFM)对比考察了尖端探针和平头探针对类金刚石薄膜摩擦性能评价的影响。结果表明:类金... 详细信息

采用等离子体增强气相沉积制备了类金刚石薄膜,利用原子力显微镜的轻敲模式观察了它们的形貌,并在考虑外加载荷和扫描速度的基础上,用摩擦力显微镜(FFM)对比考察了尖端探针和平头探针对类金刚石薄膜摩擦性能评价的影响。结果表明:类金刚石薄膜的表面粗糙度随基底负偏压的增加而减小;存在于探针和类金刚石薄膜之间的水膜对尖端探针的剪切阻力贡献较大,且尖端探针测得的摩擦力变化趋势受扫描速度影响显著;水膜对平头探针起着不同形式的润滑作用,从而导致平头探针和类金刚石薄膜之间摩擦性能的速度效应存在差异;利用摩擦力显微镜考察类金刚石薄膜的摩擦性能时,存在着明显的针尖尺寸效应。

关键词：类金刚石薄膜微观摩擦性能摩擦力显微镜针尖尺寸效应

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蛇腹鳞表面的超微结构及减阻机理

农业机械学报 2007年第9期38卷 155-158页

作者：张占立杨继昌丁建宁胡友耀解国新江苏大学微纳米科学技术研究中心中国一拖集团技术中心

用原子力显微镜观测了竹叶青蛇、短尾蝮蛇和赤链华游蛇腹鳞表面的超微结构,分析了腹鳞表面的减阻机理。结果表明:3种蛇腹鳞表面的超微结构均为微凸体、微孔和凹坑周期排列的规律结构;蛇的栖息环境不同,超微结构的排间距、微凸体长度以... 详细信息

用原子力显微镜观测了竹叶青蛇、短尾蝮蛇和赤链华游蛇腹鳞表面的超微结构,分析了腹鳞表面的减阻机理。结果表明:3种蛇腹鳞表面的超微结构均为微凸体、微孔和凹坑周期排列的规律结构;蛇的栖息环境不同,超微结构的排间距、微凸体长度以及微孔的直径、数量不同。从陆栖到水栖,微凸体长度逐渐减小,微孔数量逐渐增加。微凸体减少了腹鳞和地面间的实际接触面积,从而减小了滑动时的粘着力;腹鳞表面的疏水性,减少了接触面间水的粘附力。

关键词：仿生学蛇腹鳞超微结构减阻机理

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抛光液中离子浓度对化学机械抛光过程的影响

中国表面工程 2015年第4期28卷 54-61页

作者：林广川郭丹解国新潘国顺清华大学摩擦学国家重点试验室北京100084

在化学机械抛光过程中,抛光液中的离子浓度对化学机械抛光的速率和表面质量影响显著。为了解释化学机械抛光过程中抛光液中离子浓度的作用,利用荧光观察试验及实际抛光试验,研究抛光液中离子浓度对抛光过程的影响,并使用白光形貌仪观察... 详细信息

在化学机械抛光过程中,抛光液中的离子浓度对化学机械抛光的速率和表面质量影响显著。为了解释化学机械抛光过程中抛光液中离子浓度的作用,利用荧光观察试验及实际抛光试验,研究抛光液中离子浓度对抛光过程的影响,并使用白光形貌仪观察抛光后表面质量。结果表明:颗粒运动速度随着抛光液中的硫酸钾浓度的增加而下降,材料去除率随硫酸钾浓度上升而提高。但是过高的离子浓度会导致表面质量下降。当硫酸钾浓度大于175mmol/L时,抛光后晶片表面出现明显缺陷。为了兼顾完成质量和去除速率,应当选用硫酸钾浓度为150mmol/L左右的抛光液。

关键词：化学机械抛光二氧化硅颗粒离子浓度双电层

用侧向力显微镜对不同非晶态GeSbTe薄膜的摩擦性能研究

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摩擦学学报 2005年第5期25卷 421-425页

作者：解国新丁建宁范真付永忠朱守星江苏大学微纳米技术研究中心江苏镇江212013 东华大学机械工程学院上海200051

采用侧向力显微镜研究了磁控溅射方法制备的G eSbT e薄膜在大气环境中的纳米级摩擦性能,考虑了相对湿度、扫描速度及表面粗糙度对其摩擦性能的影响,对比不同成分的G eSbT e薄膜的摩擦特性.结果表明:在相对湿度较大时,扫描速度对针尖和G ... 详细信息

采用侧向力显微镜研究了磁控溅射方法制备的G eSbT e薄膜在大气环境中的纳米级摩擦性能,考虑了相对湿度、扫描速度及表面粗糙度对其摩擦性能的影响,对比不同成分的G eSbT e薄膜的摩擦特性.结果表明:在相对湿度较大时,扫描速度对针尖和G eSbT e薄膜之间的摩擦力影响很大;在其它条件相同、外加载荷较大时,同一载荷下的摩擦力与表面粗糙度呈线性关系,但在外加载荷较小的情况下,二者呈现非线性变化规律;相对湿度对G e2Sb2T e5薄膜和针尖的粘附力影响较G eSb2T e4薄膜弱,且粘附力使得摩擦系数减小;在同一相对湿度下,由于薄膜成分的变化导致硬度不同,其对薄膜的摩擦性能也有一定影响.

关键词：侧向力显微镜(LFM) GeSbTe薄膜摩擦粘附

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普通离子液体润滑剂的润滑成膜性能研究

机械工程学报 2011年第11期47卷 82-86页

作者：解国新雒建斌郭丹刘书海肖华平路新春清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

目前离子液体在机械润滑研究领域受到重视,但对离子液体润滑成膜能力的研究还不多。利用纳米级膜厚测量仪考察几种具有不同阳离子侧链长度的普通磷酸盐离子液体在不同压力下的成膜能力,同时利用相近粘度的硅油作为对比对象,探讨离子液... 详细信息

目前离子液体在机械润滑研究领域受到重视,但对离子液体润滑成膜能力的研究还不多。利用纳米级膜厚测量仪考察几种具有不同阳离子侧链长度的普通磷酸盐离子液体在不同压力下的成膜能力,同时利用相近粘度的硅油作为对比对象,探讨离子液体的润滑失效及抗压能力。结果表明,在卷吸速度较高时,这几种离子液体的润滑行为符合弹流润滑规律,而在较低卷吸速度时符合薄膜润滑规律。在薄膜润滑区域内,随着阳离子侧链长度的增加,由于单位体积内离子数的减少以及空间位阻效应的存在,接触区中心膜厚测量值与弹流理论计算值之间的差异变小;当卷吸速度降低到0.1 mm.s?1左右时,未见这几种离子液体存在流体膜的失效点。由于离子液体中离子与带电固体表面之间存在较强的静电作用,使离子液体比相近粘度的硅油具有更强的抗压能力。

关键词：离子液体成膜能力润滑失效硅油

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造粒氧化锆增强复合材料的摩擦学性能及优化

清华大学学报（自然科学版） 2020年第8期60卷 639-647页

作者：吉政甲靳洪允骆晚玥周可可侯书恩解国新中国地质大学(武汉)材料与化学学院武汉430074 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084

摩擦材料是汽车、航空等领域的关键制动材料,为了提高摩擦性能的有效性和稳定性,该文采用定速式摩擦磨损试验机研究了造粒氧化锆对摩擦材料摩擦磨损性能的影响,采用偏好指数选择(preference selection index, PSI)法进行了综合摩擦学性... 详细信息

摩擦材料是汽车、航空等领域的关键制动材料,为了提高摩擦性能的有效性和稳定性,该文采用定速式摩擦磨损试验机研究了造粒氧化锆对摩擦材料摩擦磨损性能的影响,采用偏好指数选择(preference selection index, PSI)法进行了综合摩擦学性能优化,结果表明:当造粒氧化锆质量分数为10%时,复合材料的综合摩擦学性能最优,摩擦系数达到0.49。综合考察了磨损率、摩擦系数、恢复率、衰退率、稳定系数、摩擦波动和变化系数等因素在衰退和恢复测试过程中的变化规律,并通过对磨损表面的观察分析了造粒氧化锆增强复合材料的摩擦磨损机理,证明了稳定接触区的形成有利于获得优异摩擦系数和低磨损率。

关键词：树脂基复合材料造粒氧化锆摩擦磨损偏好指数选择(PSI)法