647 / 2021-06-20 20:31:54

激光直写制备纳晶石墨烯薄膜的摩擦特性研究

摘要：激光作为加工聚合物、金属、陶瓷等不同类型材料的重要工具，具有精度高、灵活性好、无掩模图案化等特点，并且，激光直写技术在制备具有低摩擦特性薄膜方面也有重要应用。在本研究中，先将聚酰亚胺(PI)胶旋涂到硅基体后加热固化成PI薄膜，再利用405 nm波长激光对PI薄膜进行不同功率下的烧蚀加工。通过拉曼光谱表征薄膜结构，当激光功率为0 W-2 W时，PI薄膜结构未发生变化；当激光功率为3 W时，薄膜结构转变为纳晶石墨烯，并随着激光功率的增大（3 W-10 W），纳晶尺寸随之增大。利用球盘式摩擦磨损试验机对不同薄膜进行摩擦实验，结果表明在0 W-2 W的激光功率下，PI薄膜摩擦系数为0.60左右，磨损寿命为1800圈左右；3 W激光功率下，纳晶石墨烯薄膜经过2800圈磨合期后，摩擦系数下降至0.10的稳定低摩擦状态，磨损寿命大于5000圈；随着激光功率的继续增大，纳晶石墨烯薄膜摩擦性能未发生明显变化，摩擦系数保持在0.10左右，说明激光直写制备的纳晶石墨烯薄膜具有良好的低摩擦耐磨性能。利用透射电镜对转移膜的纳米结构进行表征，可以观察到转移膜中存在纳晶石墨烯结构，表明纳晶石墨烯是诱导产生低摩擦的主要原因。