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分子沉积(MD)膜,又称聚电解质多层膜,是通过静电作用自组装而成的有序分子膜。前人研究表明:MD膜可显著降低被修饰表面的摩擦系数,甚至实现零摩擦;其有序性好,厚度可控,是性能优良的纳米级润滑膜。在MD膜中引入纳米粒子可提高其性能,而纳米粒子能否在MD膜中分散均匀是需解决的关键问题。
采用分子沉积技术对金纳米粒子进行改性。激光纳米粒度分析表明,改性后的柠檬酸钠包覆的金纳米粒子平均粒径为8.4nm,该纳米粒子带有电荷,可与聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA)通过静电作用自组装形成PDDA/Au复合纳米粒子分子沉积(MD)膜。紫外光谱分析表明该复合MD膜具有良好的纵向有序性;原子力显微镜(AFM)研究了该复合MD膜的摩擦和粘附特性,发现该复合MD膜可降低被修饰基体表面的摩擦力和粘附力,并初步探讨了其磨损行为。
在采用分子沉积技术对纳米粒子改性的基础上,力图通过减小纳米粒子粒径的途径,降低纳米粒子在复合MD膜中的“棘轮效应”,提高复合MD膜的性能。通过分子沉积技术获得平均粒径为1.8nm的带电荷的柠檬酸钠包覆的银纳米粒子,并与PDDA组装得到纵向有序的PDDA/Ag复合MD膜。研究表明,该复合MD膜可降低被修饰基体表面的摩擦力和粘附作用。经比较,PDDA/Ag复合MD膜的摩擦和粘附特性好于PDDA/Au复合MD膜的摩擦和粘附特性,说明减小纳米粒子的粒径可削弱复合MD膜中纳米粒子的“棘轮效应”,提高膜的摩擦粘附特性。还发现上述两种复合MD膜具有类似的磨损行为,并由此初步探讨了AFM探针与复合MD膜的磨损机理。分别对上述两种膜进行了热处理。发现热处理可提高上述两种复合MD膜与基体的结合强度,但对其摩擦、磨损和粘附特性的影响均很小。
使用一定的方法促使MD膜层间作用力由静电作用转变为化学键力,可增强复合MD膜与被修饰基体的结合强度和膜层间的结合强度,最终达到提高膜性能的目的。采用具有特定官能团的聚丙烯胺盐酸盐、聚丙烯酸钠,与分子沉积技术改性的柠檬酸钠包覆的金纳米粒子自组装得到均匀有序的PAH/Au/PAH/PAA复合MD膜。该复合MD膜表面的粘附力和摩擦力小于PAH/PAAMD膜和羟基化基体的粘附力和摩擦力。对PAH/Au/PAH/PAA复合MD膜的磨损行为进行了研究,并比较了该膜与PDDA/Ag复合MD膜和PDDA/Au复合MD膜的磨损行为的异同。热重分析表明PAH/Au/PAH/PAA复合MD膜有很好的热稳定性。对该复合MD膜进行了不同程度的热处理,以促使MD膜层间官能团发生缩合反应,使层间作用力由静电作用转变为化学键力。为考察层间作用力的转化对膜的热稳定性、摩擦磨损粘附特性以及膜与基体结合强度等综合性能的影响,重点考察了不同热处理时间下的该复合MD膜的综合性能的变化情况。通过比较得出,加热时间为1h的复合MD膜的摩擦力、粘附力以及磨损量均小于其他热处理时间的MD膜的摩擦力、粘附力和磨损量;因此认为,热处理时间以1h为最佳。
比较了PDDA/Ag复合MD膜、PDDA/Au复合MD膜与PAH/Au/PAH/PAA复合MD膜的表面性能、摩擦粘附特性、磨损行为以及膜与基体结合强度等综合性能,在此基础上得出了成膜优化条件。