纳米尺度润滑理论及应用

　　本书系统地阐述了纳米尺度润滑的基础理论和基本知识，着重介绍了纳米尺度润滑薄膜的制备方法、结构性能、测试分析技术和计算机模拟技术，并对纳米尺度润滑薄膜在磁记录系统和微电子机械系统中的应用进行了详尽的分析。书中反映了纳米尺度润滑研究的最新成果。本书可供从事信息技术和纳米技术的工程技术人员阅读，也可供高等院校相关专业师生参考。

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目录


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2Laplace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表面粗糙度表征48
321高度分布概率48
322RMS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1GreenwoodWilliamson模型64
342Majumdar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1Derjaguin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1LB膜的制备94
511LB膜的制备原理95
512制备槽的结构95
513LB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6LB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2LB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3LB膜的摩擦学特性113
531LB膜层数对摩擦系数和磨损寿命的影响113
532LB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3自组装单分子膜对粗糙固体黏着和变形的影响141
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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1X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蒙特卡罗法177
821基本思想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46润滑剂的摩擦磨损特性205
95润滑剂对磁记录系统动力学特性的影响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