[发明专利]一种单晶硅表面跨尺度减摩抗磨改性方法及表征方法

摘要

本发明涉及了一种单晶硅表面跨尺度减摩抗磨改性方法及表征方法，以N‑3‑(三甲氧基硅烷基)丙基乙二胺自组装在硅表面作为基底连接层，在其表面喷覆1‑羧乙基‑3‑甲基咪唑氯盐离子液体和1‑十二烷基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体的混合溶液，制备了复合离子液体润滑薄膜，即对单晶硅表面进行了跨尺度减摩抗磨改性。进一步表征了单晶硅表面跨尺度减摩抗磨性能，采用原子力显微镜和超景深显微镜分析了样品的表面形貌；借助红外光谱仪、X射线衍射仪和接触角测量仪对化学组分以及润湿性能进行了表征；采用原子力显微镜和往复式微摩擦磨损试验机分别测试了样片的微/纳摩擦学性能，最后综合磨痕形貌对跨尺度减摩抗磨机理进行研究。

主权项

1.一种单晶硅表面跨尺度减摩抗磨改性方法及表征方法，其特征在于，改性方法包含以下步骤：/n(1)将单晶硅晶片解离成10mm×10mm的样片，在丙酮、乙醇和去离子水中依次超声清洗10分钟，用干燥氮气(N₂)吹干；将样片置入新鲜配制的Piranha溶液中，在温度为90℃下反应半小时后取出该样片，所述的Piranha溶液，是将体积比为7：3的98％wt的硫酸和30％wt的过氧化氢混合后冷却至室温而得；用大量去离子水冲洗样片并用干燥N₂吹干，得到表面羟基化的单晶硅基底样片，记为Si-OH；/n(2)配制质量体积比(g/mL)为0.3％的N-3-(三甲氧基硅烷基)丙基乙二胺(DA)溶液，所述的DA溶液是将DA溶于丙酮与去离子水的混合溶液中，所述丙酮与去离子水的混合溶液，是由体积比为10：1的丙酮与去离子水混合而成；然后将表面羟基化的单晶硅基底样片浸入新鲜配制的DA溶液中，在室温下浸渍1小时后取出，再分别在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗处理5分钟，得到表面修饰了DA自组装分子膜(SAM)的样片，记为DA-SAM；/n(3)配制质量体积比(g/mL)为0.3％的1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体([CMIM]Cl)溶液，所述的[CMIM]Cl溶液是将[CMIM]Cl溶于丙酮所得到的；/n(4)配制质量体积比(g/mL)为0.3％的1-十二烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体([DMIM]PF₆)溶液，所述的[DMIM]PF₆溶液是将[DMIM]PF₆溶于乙醇所得到的；/n(5)配制离子液体混合溶液，该溶液是由体积比为1:1的[CMIM]Cl溶液和[DMIM]PF₆溶液混合而成；/n(6)使用推式喷涂装置将离子液体混合溶液喷覆到步骤(2)制备的DA-SAM表面，在室温环境下放置12小时，制备得到了复合离子液体润滑薄膜，记为DA-[CMIM]Cl&[DMIM]PF₆，即对单晶硅表面完成了跨尺度减摩抗磨改性。/n