专利名称：离子液体二元复合纳米润滑膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在微、纳摩擦条件下具有减摩抗磨性能的离子液体二元复合纳米润滑膜的制备方法。
背景技术：
随着航空航天及空间技术的发展，对应用于卫星和空间微机电系统(摩擦副之间的距离通常在纳米量级)的高性能超薄润滑膜提出了越来越高的要求，除具有优良的减摩抗磨性能，还应具备在高真空下低的挥发度，高的热稳定性，强的抗空间离子辐照性，以及在极宽的温度范围内具有较高的粘度指数和较低的倾点。早在二十世纪六十年代，美国杜邦公司针对航天计划，如阿波罗登月计划的导航系统研制出了特种氟素工业润滑剂(全氟聚醚PFPE)，并首获成功。目前，PFPE在空间机械润滑中得到了一定应用，如空间飞行器上的太阳翼展开机构，天线伸展机构，天线精密跟踪、指向机构，相机扫描机构，舱门开启、关闭机构，行星探测器驱动轮机构，大型空间机械臂驱动机构等许多展开驱动活动机构。但较差的边界润滑能力，在高温下容易腐蚀铁、钛类合金，自身易催化降解，对传统添加剂的溶解能力和感受性较差，以及昂贵的价格等缺点都限制了 PFPE作为超薄润滑膜在航空航天及空间微机电系统上的广泛使用。离子液体是一种由阴阳离子组成的低温熔溶盐(< 100°C )，其具有极低的挥发性，高的热、化学稳定性，良好的导电与导热性等物化优点。这些特点使其有望应用于航空航天及空间机械等苛刻环境下的特殊润滑。另外，具有优异摩擦学性能的离子液体在固体表面较高的吸附能力使其成为一种兼有液体与固体特性的“固体”液体，这使离子液体纳米润滑膜在解决空间微机电系统的润滑问题上具有良好的应用前景。然而，在广泛研究的烷基咪唑六氟磷酸盐离子液体润滑剂中，随着阳离子上烷基侧链长度的增加，其摩擦学性能发生显著的变化，如较短链长的离子液体(室温呈液态)具有低的摩擦系数，但具有有限的承载能力，而较长链长的离子液体(室温呈固态)具有显著提升的承载能力，但在低载下具有高的摩擦系数。因此，如何获得一种即具有低的微、纳摩擦系数，又拥有高承载能力的适用于空间苛刻环境下微机电系统的纳米润滑膜就显的迫切的重要。
发明内容
本发明提供一种具有良好微、纳摩擦学性能的离子液体二元复合纳米润滑膜的制备方法。本发明通过特殊的室温固、液离子液体产生优化的薄膜纳米结构，从而综合室温液态咪唑六氟磷酸盐离子液体纳米润滑膜相对低的微摩擦系数和室温固态咪唑六氟磷酸盐离子液体纳米润滑膜相对高的微摩擦承载能力，并且拥有优于两者的纳米摩擦性能。一种离子液体二元复合纳米润滑膜的制备方法，其特征在于步骤为A.基底材料的预处理将单晶硅片依次用丙酮、乙醇和二次蒸馏水超声清洗，然后用氮气吹干，置入由98wt% H2SO4和30wt% H2O2组成的溶液中，保持90°C _100°C反应30_40min，再用蒸馏水超声清洗，用氮气吹干，得到洁净的表面羟基化的单晶硅片；B.离子液体薄膜的制备离子液体选自1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(室温下液态)和1-十二烷基-3 甲基咪唑六氟磷酸盐(室温下固态)，将这两种离子液体加入到丙酮中配成溶液，溶液中两种离子液体总质量百分比为0. Iwt% -0. 5wt%，然后利用提拉镀膜仪将羟基化处理的硅片浸渍在配制的二元离子液体丙酮溶液中，浸渍时间2-5分钟，提拉速度400-600um · s—1，得到浸涂离子液体的单晶硅片；C.热处理将涂有离子液体的单晶硅片在90-120°C下热处理1-2小时，得到厚度为2nm-5nm
的离子液体二元复合纳米润滑膜。在步骤A的预处理过程中，除去了附着在单晶硅片表面的污染物，并改善了离子液体在单晶硅片表面的润湿性。98wt% H2SO4与30wt% H2O2体积比为7 3。在步骤B中，可以形成适用于空间微机电系统的纳米级润滑薄膜。1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和1-十二烷基-3甲基咪唑六氟磷酸盐的化学结
构式如下式。
权利要求
1.一种离子液体二元复合纳米润滑膜的制备方法，其特征在于步骤为A.基底材料的预处理将单晶硅片依次用丙酮、乙醇和二次蒸馏水超声清洗，然后用氮气吹干，置入由98wt% H2SO4和30wt% H2O2组成的溶液中，保持90°C _100°C反应30-40min，再用蒸馏水超声清洗， 用氮气吹干，得到洁净的表面羟基化的单晶硅片；B.离子液体薄膜的制备离子液体选自1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(室温下液态)和1-十二烷基-3甲基咪唑六氟磷酸盐(室温下固态)，将这两种离子液体加入到丙酮中配成溶液，溶液中两种离子液体总质量百分比为0. Iwt% -0. 5wt%，然后利用提拉镀膜仪将羟基化处理的硅片浸渍在配制的二元离子液体丙酮溶液中，浸渍时间2-5分钟，提拉速度400-600um · s—1，得到浸涂离子液体的单晶硅片；C.热处理将涂有离子液体的单晶硅片在90-120°C下热处理1-2小时，得到厚度为2nm-5nm的离子液体二元复合纳米润滑膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于98wt%H2SO4与30wt%H2O2体积比为7 3。
全文摘要
本发明公开了一种离子液体二元复合纳米润滑膜的制备方法。本发明通过特殊的室温固、液离子液体产生优化的薄膜纳米结构，从而综合室温液态咪唑六氟磷酸盐离子液体纳米润滑膜相对低的微摩擦系数和室温固态咪唑六氟磷酸盐离子液体纳米润滑膜相对高的微摩擦承载能力，并且拥有优于两者的纳米摩擦性能。
文档编号C04B41/46GK102464498SQ201010551600
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月16日 优先权日2010年11月16日
发明者王立平, 蒲吉斌, 薛群基 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所