硅表面聚苯乙烯自組裝超薄膜的制備及摩擦磨損性能研究

硅表面聚苯乙烯自組裝超薄膜的制備及摩擦磨損性能研究硅表面聚苯乙烯自組裝超薄膜的制備及摩擦磨損性能研究

摘要：本文采用自組裝技術(shù)，制備了硅表面聚苯乙烯超薄膜，并對其摩擦磨損性能進行了研究。結(jié)果表明，制備得到的聚苯乙烯超薄膜具有優(yōu)異的磨損性能，可以作為表面涂層材料的一種理想選擇。

關鍵詞：硅表面；聚苯乙烯；自組裝；超薄膜；摩擦磨損性能

1.引言

自組裝技術(shù)是一種利用物種自身分子間相互作用，通過靜電作用、范德瓦爾斯力、氫鍵等力的作用，將分子或納米粒子自行組裝成所需結(jié)構(gòu)的方法。在材料制備方面，自組裝技術(shù)被廣泛應用于超薄膜、納米粒子的制備和表面涂層等領域。硅表面作為材料表面涂層的一種重要材料，在制備方面也采用了自組裝技術(shù)，制備了一些具有優(yōu)異性能的表面涂層材料。

聚苯乙烯是一種常見的高分子材料，具有較強的耐熱性、化學穩(wěn)定性和機械強度。在表面涂層材料中，聚苯乙烯可以作為一種重要的組分，不僅可以提高表面涂層材料的性能，而且可以通過自組裝技術(shù)制備出優(yōu)異的超薄膜。

本文將采用自組裝技術(shù)制備硅表面聚苯乙烯超薄膜，并對其摩擦磨損性能進行研究，旨在探討聚苯乙烯作為表面涂層材料的優(yōu)勢和應用前景。

2.實驗

2.1材料及儀器

硅片、甲苯、聚苯乙烯（PS）均為實驗室常用試劑，無需額外處理。儀器設備包括紫外可見光譜儀(UV-Vis)、接觸角儀、掃描電子顯微鏡(SEM)等。

2.2制備硅表面聚苯乙烯超薄膜

制備過程如下：

(1)將硅片置于去離子水倉中進行超聲清洗10min，將清洗后的硅片放在室溫下風干備用。

(2)在甲苯中加入一定量的PS，并通過超聲輔助溶解，制備0.1wt%的PS水溶液。

(3)將硅片從去離子水中取出，通過氣體燈處理清潔硅片表面。

(4)將PS溶液滴于硅片表面，并在室溫下靜置自組裝約2h。

(5)將自組裝后的硅片從溶液中取出，用去離子水進行清洗，并在室溫下風干備用。

2.3摩擦磨損性能測試

測試條件如下：

(1)制備的硅片樣品分別放置于高摩擦性材料的碗面上，約20g的荷載。

(2)通過往復運動，模擬摩擦磨損條件，摩擦次數(shù)為200，摩擦速度為1cm/s。

(3)通過SEM觀察樣品表面的磨損情況，并量化表面磨損率。

3.結(jié)果和討論

3.1制備得到的硅表面聚苯乙烯自組裝超薄膜表征

通過UV-Vis、接觸角測定和SEM觀察，對制備得到的PS自組裝超薄膜進行表征。UV-Vis譜圖如圖1所示，可以看出在PS分子的吸收波長處有一個吸收峰，證明已成功在硅表面制備自組裝膜層。接觸角測量結(jié)果如表1所示，表明自組裝膜層具有較好的親水性。SEM圖像如圖2所示，表明制備得到的自組裝膜層厚度約為15nm。

圖1UV-VIS譜圖

表1接觸角測量結(jié)果

樣品接觸角

硅表面75.2°

自組裝超薄膜30.8°

圖2SEM圖像

3.2硅表面聚苯乙烯自組裝超薄膜的摩擦磨損性能測試

通過摩擦磨損性能測試，對制備得到的硅表面PS自組裝超薄膜進行性能評價。測試結(jié)果如表2和圖3所示，可以看出制備的自組裝超薄膜具有很好的耐磨性能。

表2摩擦磨損性能測試結(jié)果

樣品摩擦次數(shù)摩擦磨損率

硅表面2002.2%

自組裝超薄膜2000.6%

圖3摩擦磨損測試結(jié)果

4.結(jié)論

通過自組裝技術(shù)制備了硅表面聚苯乙烯超薄膜，并評價了其摩擦磨損性能。實驗結(jié)果表明，制備得到的自組裝超薄膜具有優(yōu)異的耐磨性能，可以作為一種理想的表面涂層材料。

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[4]韓曉宇，張世敏.PDMS自組裝超薄膜材料的制備及表征[J].玻璃與橡塑,2014,31(4):1-4.此外，本研究中采用的PS超薄膜材料具有許多其他的優(yōu)點。首先，PS是一種具有較高的穩(wěn)定性和可控性的高分子材料，可以通過改變?nèi)芤簼舛?、溶液pH值和添加其他物質(zhì)等方式來精密調(diào)控所得膜層的結(jié)構(gòu)和性能。其次，PS超薄膜具有優(yōu)異的光學性能和表面平整性，可以為制備高性能傳感器、柔性顯示器等先進的光電子器件提供強有力的支持。此外，由于PS具有一定的親水性，可以對其進行地墨染色處理，制備出彩色PS超薄膜，為微量化學分析、生物分子診斷等領域的研究提供實用的材料基礎。

總之，通過自組裝技術(shù)制備的硅表面PS超薄膜具有優(yōu)異的摩擦磨損性能和多種其他優(yōu)點，具有廣闊的應用前景，將在材料科學和工程領域發(fā)揮積極的作用。除了上述提到的優(yōu)點，硅表面PS超薄膜還具有潛在的能量存儲和光電催化應用。一些研究表明，PS超薄膜可以通過pH值調(diào)節(jié)、陽離子交換等方式實現(xiàn)多種離子型能量存儲，提供更為可持續(xù)的電源。此外，在光電催化領域，PS超薄膜也具有較好的應用潛力。PS具有一定的光催化活性，可以通過調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)和添加輔助催化劑等方式，提高其光催化效率，用于光解水、CO2還原等領域。

然而，當前硅表面PS超薄膜在一些方面仍然存在一定的挑戰(zhàn)和問題。例如，膜層厚度的精密控制和形貌的優(yōu)化等問題，需進一步開展深入的研究。此外，PS超薄膜在某些實際應用中可能會受到外界環(huán)境的影響，導致其性能受到影響。因此，需要對其在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性進行充分考慮和評估。

綜上所述，硅表面PS超薄膜作為一種新興的材料，在各種領域都具有廣闊的應用前景。未來的研究可以進一步深入探究其物理和化學性質(zhì)，拓展其應用范圍，促進其實際應用。另外，在對硅表面PS超薄膜進行應用時，需要根據(jù)具體的功能要求，開展針對性的研究。例如，在制備摩擦材料方面，可以通過對其化學結(jié)構(gòu)進行改變和添加一些功能性組分，來調(diào)節(jié)其摩擦性能和耐磨性能。在應用于能量存儲領域時，需要探索其離子傳輸機理和離子擴散性能，優(yōu)化其能量存儲效率和循環(huán)壽命。

此外，硅表面PS超薄膜的制備也可以通過與其他功能性材料的復合和結(jié)合來實現(xiàn)更多的應用。例如，與金屬納米材料組合可以制備出高效的光催化劑，與生物分子共價修飾可以制備出具有生物相容性的傳感器材料，與其他有機高分子材料結(jié)合可以制備出高性能的抗靜電材料。因此，加強與其他材料的組合研究，可以拓展硅表面PS超薄膜的應用范圍，實現(xiàn)多種復合功能。

最后，值得注意的是，硅表面PS超薄膜的制備是一項復雜的工藝過程，在制備過程中需要考慮各種參數(shù)的影響，進行適當?shù)目刂?，確保所得產(chǎn)品的穩(wěn)定性和性能。因此，未來還需要進一步開展相關工藝的優(yōu)化和改良，以提高制備效率和降低制備成本。此外，硅表面PS超薄膜的制備還需要考慮到環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的問題。當前，許多傳統(tǒng)的化學合成方法中使用的溶劑和化學藥品對環(huán)境具有一定的污染和危害性，因此，需要尋求更加環(huán)保的制備方法。例如，可以使用水為溶劑，或者采用可回收的反應系統(tǒng)，以減少對環(huán)境的影響。同時，還需要注意原材料的來源和回收利用，以最大限度地減少對自然資源的消耗和浪費。

在應用方面，硅表面PS超薄膜還可以廣泛用于微電子學、生物醫(yī)學、材料科學等領域。在微電子學中，可以將其應用于提高半導體材料的電子性能和穩(wěn)定性，以及制備高分辨率的顯示器件。在生物醫(yī)學領域，由于其具有較強的生物相容性和低的背景熒光，可以用于制備仿