[发明专利]一种构筑界面液滴调节二硫化钼摩擦力的方法

说明书

本发明提供一种构筑界面液滴调节二硫化钼摩擦力的方法。本发明方法包括步骤：将聚甲基丙烯酸甲酯溶液均匀的涂覆在生长有单层二硫化钼硅基底的二硫化钼面上，然后进行退火得到PMMA/二硫化钼/硅基底；经刻蚀液、洗涤得到PMMA/二硫化钼复合膜，并保存于去离子水中；将复合膜转移至基底上，进行退火处理；然后去除PMMA膜，经退火处理得到二硫化钼/基底。本发明方法通过构筑不同大小的界面液滴，可以实现调节单层二硫化钼原子级厚度的形变性能以及面内应力，从而有效控制它的摩擦性能，并且可以降低单层二硫化钼的摩擦力，增强润滑性能。

技术领域

本发明涉及一种构筑界面液滴调节二硫化钼摩擦力的方法，属于纳米材料润滑技术领域。

背景技术

摩擦在所有运动系统中几乎是不可避免的，并且通常会导致能量耗散(如表面原子的振动、化学相互作用、电子-空穴耦合时的电子激发等)，这决定了机械系统的效率和使用寿命。特别是对于具有高比表面积的微纳机电系统，摩擦是制约其发展的主要因素。幸运的是，具有优异润滑性能和机械性能(如超强的断裂强度和较高的杨氏模量)的二维层状材料可以作为有效的固体润滑剂，越来越多的应用于许多工程中，使摩擦系数可以有效地降低到0.05-0.2。因此，研究二维层状材料的摩擦性能具有十分重要的意义。目前二维纳米材料作为润滑抗磨添加剂也已成为当前科学研究以及工业应用的热点之一。

二硫化钼是二维层状材料中重要的一员，它由单层过渡金属钼原子夹在两层硫原子之间形成的三明治结构组成，不仅具有良好的/可调的机械和电子性能，是作为构建高性能电子和光电子器件的重要替代材料，而且具有优异的摩擦学性能。在润滑方面，二硫化钼表现出极低的摩擦力和良好的抗磨性能。目前，二硫化钼已经被成功地作为固体润滑剂(尤其是对于要求极高的航空航天部件)、液体润滑剂的添加剂或复合涂层的组成部分。此外，二硫化钼在微纳尺度下的摩擦学方面表现出各种特性，如层数的依赖性、摩擦各向异性、摩擦迟滞和结构超润滑等，但这些特性难以控制，控制并在许多情况下使摩擦最小化，是长期以来一直追求的目标，如今还是没有一种简便有效的方法来可控制的调节二硫化钼的摩檫力。此外，相比于块体二硫化钼，单层二硫化钼由于更小的尺寸更适合在微纳器件中应用，但是单层二硫化钼自身具有的形变能力和皱缩效应，会使得摩擦力增大，因此可控制的调节以及减小单层二硫化钼的摩擦力是当前亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种构筑界面液滴调节二硫化钼摩擦力的方法。本发明方法通过构筑不同大小的界面液滴，可以实现调节单层二硫化钼原子级厚度的形变性能以及面内应力，从而有效控制它的摩擦性能，并且可以降低单层二硫化钼的摩擦力，增强润滑性能。

本发明的技术方案如下：

一种构筑界面液滴调节二硫化钼摩擦力的方法，包括步骤：

(1)涂胶：将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液均匀的涂覆在生长有单层二硫化钼硅基底的二硫化钼面上，然后进行退火得到PMMA/二硫化钼/硅基底；

(2)刻蚀：将步骤(1)得到的PMMA/二硫化钼/硅基底浸没于刻蚀液中进行刻蚀，使得附有单层二硫化钼的PMMA膜与硅基底分离；将附有单层二硫化钼的PMMA膜于刻蚀液中浸没处理，经去离子水洗涤得到PMMA/二硫化钼复合膜，并将PMMA/二硫化钼复合膜保存于去离子水中；

(3)转移、除胶：将步骤(2)去离子水中的PMMA/二硫化钼复合膜转移至基底上，进行退火处理得到PMMA/二硫化钼/基底；然后去除PMMA膜，进行退火处理，得到二硫化钼/基底，从而通过构筑界面液滴实现了二硫化钼摩擦力的调节。

根据本发明，步骤(1)中，所述生长有单层二硫化钼硅基底的制备方法按现有技术即可。优选的，生长有单层二硫化钼硅基底的制备方法如下：以硫粉和三氧化钼分别为硫源和钼源，氩气为载气，通过化学气相沉积的方法使单层二硫化钼生长在硅基底上；其制备方法参考文献“SCIENCE CHINA Materials 59,182(2016)”。