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目录1

第1章 绪论1

1.1　传统润滑原理2

1.2　薄膜润滑4

1.3　纳米尺度润滑及其要求6

1.4　纳米尺度润滑薄膜的特性7

1.4.1　黏着和键合7

1.4.2　材料和摩擦化学特性8

1.4.3　耐磨性和自修复特性8

1.5　薄膜组成9

1.6　混合分子膜10

1.7　分子在表面的沉积11

1.8　磁记录硬盘和微电子机械系统中的纳米尺度润滑12

1.8.1　磁记录硬盘的润滑12

1.8.2　微电子机械系统的润滑12

1.9　纳米尺度润滑薄膜的测试技术和理论研究方法13

1.10　纳米尺度润滑研究的意义13

参考文献14

第2章　表面特性16

2.1　液体表面16

2.1.1　表面张力与表面自由能16

2.1.2　Laplace公式与毛细现象18

2.2　固体表面20

2.2.1 固体的表面自由能和表面张力20

2.2.2　固体表面结构23

2.2.3　表面结构中的晶格缺陷24

2.3　物理吸附30

2.3.1　物理吸附与化学吸附30

2.3.2　吸附膜的一般性质31

2.3.3　物理吸附的力32

2.3.4　物理吸附理论33

2.4　化学吸附34

2.4.1　化学吸附与物理吸附的区别35

2.4.2　化学吸附与脱附的动力学37

2.5　润湿现象38

2.5.1　润湿的类型38

2.5.2　接触角和Young方程41

2.5.3　液体对固体表面的润湿规律42

参考文献43

第3章 粗糙表面的表征和接触力学44

3.1　表面粗糙度的重要性45

3.1.1　“粗糙”的含义45

3.1.2　表面粗糙度在摩擦学中的影响46

3.2.1　高度分布概率48

3.2　表面粗糙度表征48

3.2.2　RMS值和尺度相关性50

3.2.3　分形技术51

3.2.4　分形和非分形表面的一般技术58

3.3　接触点的尺寸分布59

3.3.1　分形表面尺寸分布的观测60

3.3.2 任意表面尺寸分布的导数61

3.4　粗糙表面接触力学64

3.4.1　Greenwood-Williamson模型64

3.4.2　Majumdar-Bhushan模型66

3.4.3　分形和非分形表面的一般模型69

参考文献70

第4章　纳米尺度下的摩擦72

4.1　表面力72

4.1.1　Derjaguin近似73

4.1.2　静电力73

4.1.3 电动力75

4.1.4　电磁力76

4.1.5　液体力77

4.2　黏着力78

4.2.1　弹性连续接触力学的黏着滞后78

4.2.2　纳米尺度接触的黏着81

4.3　纳米尺度摩擦的能量耗散83

4.3.1　针尖-样品系统的模拟84

4.3.2　针尖和样品的弹性86

4.3.3　摩擦87

4.3.4　横向弹性和能量耗散89

4.4　纳米尺度下摩擦与速度的关系90

参考文献92

第5章　LB膜技术93

5.1 LB膜的制备94

5.1.1 LB膜的制备原理95

5.1.2　制备槽的结构95

5.1.3 LB膜制备的影响因素96

5.1.4　两亲分子的结构特征100

5.1.5　表面压-单分子占有面积的等温曲线102

5.1.6 LB膜的沉积方式105

5.1.7　混合单分子膜110

5.1.8　特殊材料的成膜技术110

5.2 LB膜的热稳定性112

5.2.1　有序-无序转变112

5.2.2　单分子层解吸113

5.3 LB膜的摩擦学特性113

5.3.1 LB膜层数对摩擦系数和磨损寿命的影响113

5.3.2 LB膜摩擦的各向异性和不对称性114

5.3.3　速度和载荷对LB膜摩擦行为的影响115

5.3.4　外加电场对LB膜摩擦学特性的影响115

5.3.5　基底对LB膜力学强度的影响117

5.3.6　粒子复合LB膜的摩擦学特性118

参考文献119

第6章　自组装技术120

6.1 自组装分子膜的制备121

6.1.1　有机硅衍生物的自组装单分子膜122

6.1.2　有机硫化物在金属和半导体基底上的自组装分子膜129

6.1.3　脂肪酸在金属氧化物表面上的自组装分子膜131

6.1.4　硅表面烷基单层膜132

6.1.5　多层自组装分子膜133

6.2 自组装分子膜的热稳定性136

6.2.1　氯化硅烷自组装分子膜的热稳定性136

6.2.2　有机硫化物自组装分子膜的热稳定性137

6.2.3　其他自组装分子膜的热稳定性137

6.3 自组装分子膜的解吸机理138

6.4 自组装分子膜的摩擦学特性139

6.4.1　烷烃自组装分子膜的摩擦磨损特性139

6.4.2　金表面烷基硫醇的摩擦特性140

6.4.4　纳米粒子对自组装分子膜摩擦学特性的影响141

6.4.3 自组装单分子膜对粗糙固体黏着和变形的影响141

6.4.5　液体环境下自组装分子膜的摩擦特性142

参考文献144

第7章 纳米尺度润滑薄膜的测试分析技术146

7.1　扫描隧道显微镜的基本原理147

7.2　扫描力显微镜150

7.2.1　与扫描力显微镜相关的力150

7.2.2　原子力显微镜的基本原理151

7.2.3　原子力显微镜工作模式154

7.2.4　力-距离曲线155

7.2.5　摩擦力显微镜的基本原理157

7.3　电子能谱法159

7.3.1 X射线光电子能谱法159

7.3.2　紫外光电子能谱法163

7.3.3　俄歇电子能谱法164

参考文献167

第8章 纳米尺度润滑薄膜理论研究的计算机模拟技术168

8.1　模拟基础170

8.1.1　势函数170

8.1.2　周期性边界条件173

8.1.3　温度调节174

8.2.1　基本思想177

8.2　蒙特卡罗法177

8.2.2　大数法则和中心极限定理179

8.2.3　重要抽样法180

8.3　分子动力学方法182

8.3.1　分子运动方程的数值求解183

8.3.2　分子动力学模拟的基本步骤185

8.4　计算机模拟在纳米尺度润滑膜特性研究中的应用187

8.4.1 蒙特卡罗法对润滑剂在硬盘表面分散特性的模拟分析187

8.4.2　分子动力学方法对硬盘表面润滑膜性能的模拟分析188

参考文献189

第9章　硬盘磁记录系统中的纳米尺度润滑技术191

9.1　硬盘的加工工艺流程和薄膜硬盘的结构193

9.2　润滑剂的分子结构194

9.3　磁记录硬盘用润滑剂的性质195

9.3.1　物理性质195

9.3.2　化学性质196

9.4　硬盘的润滑196

9.4.1　润滑剂键合196

9.4.2　润滑剂的分散特性198

9.4.3　润滑剂的降解机理199

9.4.4　添加剂的作用机理和影响203

9.4.5　润滑剂厚度变化的影响因素204

9.5　润滑剂对磁记录系统动力学特性的影响205

9.4.6　润滑剂的摩擦磨损特性205

9.6　硬盘磁记录技术发展展望207

参考文献207

第10章　微电子机械系统中的纳米摩擦学问题及润滑技术211

10.1　微电子机械系统的设计理论214

10.2　与MEMS组装和操作相关的典型摩擦学问题215

10.3　微结构材料217

10.4　表面表征218

10.5　表面力和静摩擦机理分析219

10.5.1　固体桥220

10.5.2　毛细管力220

10.5.3　范德华力222

10.5.4　静电力223

10.5.5　微凸体变形力223

10.5.6　微机械临界刚度224

10.6　表面改性方法225

10.6.1　微结构挠曲225

10.6.2　表面形貌改性226

10.6.3　表面处理和涂层沉积228

10.6.4 自组装单分子膜润滑230

10.7　微电子机械系统应用展望232

参考文献233