Page 47 - 摩擦学学报2025年第8期

第 8 期 孟维晟, 等: 遥爪型全氟聚醚自组装膜的表面性能及抗磨损和抗腐蚀性能研究 1145

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能够发现类似多层结构残骸的片状凸起(红框处). 将 基团的曲率半径 ，使分子沿全氟聚醚中心链伸展方
PFSi的质量分数降至0.25%，其自组装膜除能够观察 向堆叠逐层生长[图7(b)和(d)]. 当将硅片浸入甲醇/水
到与质量分数为1%时类似的表面结构[图5(d)]外，在 混合溶液后，聚集的硅氧烷水解生成氧化硅刚性结
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其边缘处还存在较为明显的分层结构[图5(e~h)]、卷 构，使自组装结构固定[图7(c)、(e)和(f)] ，故当通过
曲结构[图5(g)]和不规则多层堆积结构[图5(h~i]. 后 SEM观察生长有PFSi的硅片时，能够观察到分层现象.
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2种结构与氧化硅自组织结构的形貌相类似 ，表明 正是基于PFSi在硅片表面这种逐层生长的性质，质量
经羟基化处理的硅片对PFSi自组装膜的形成起到了 分数对其表面张力的影响相对有限.

一定的诱导作用，使其能够在硅片表面沿垂直方向生 2.4 自组装膜磨损性能研究及抗磨损机理研究
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长. 另外，通过对硅片的截面观察能够发现全氟聚醚 通过加速磨损的方法 模拟由人类手指在触屏
自组装膜的厚度存在随质量分数升高而增大的趋势， 长期接触下对PFSi自组装膜的疏水性能变化及自组
如图6所示. 装膜的磨损寿命的影响. 使用由兰州华汇科技提供的
与含氟聚合物中心链相比，全氟环醚相对于亲水 MS-9 000多功能摩擦试验仪进行磨损试验，使用等级
的硅氧烷端基属于不良溶剂，因此会影响PFSi在含氟 为0000#的钢丝绒对测试硅片进行研磨，如图8(a)所

溶剂中的结构 [40-43] . 图7所示为遥爪型全氟聚醚膜在硅 示. 钢丝绒与测试硅片完全接触，在荷载的作用下钢
片表面的自组装过程，当羟基化的硅片浸入溶液后 丝绒对每个试样施加的平均垂直压力为20 kPa，磨损
[图7(a)]，硅氧烷端基会优先与羟基通过水解反应，使 探头的直径为1 cm，每次磨损行程为2 mm，频率为2 Hz，
PFSi的一端锚定在硅片表面. 同时，一方面由于中心 载荷为2 N，测试硅片平面尺寸为1 cm×1 cm.
全氟聚醚链张力的作用，使另一端的硅氧烷端基无法 藉由以上试验条件，分别测试了不同质量分数
通过中心链弯曲与硅片表面的羟基反应；另一方面硅 PFSi自组装膜在3 000、5 000和10 000次磨损试验下硅
氧烷端基受到全氟环醚溶剂的疏溶剂作用影响，使其 片表面的水接触角变化. 图8(b)所示为其测试结果，结
倾向于吸引其他游离的硅氧烷基聚集以降低其亲水 果表明经过3 000次摩擦后，所有质量分数下PFSi的水

(a) (b)

16.49 μm 3.14 μm

10 μm 5 μm

(c) (d)

1.22 μm
1.21 μm

3 μm 3 μm

Fig. 6 SEM micrographs of PFSi self-assembled film cross sections at concentrations of (a) 1.00%,
(b) 0.75%, (c) 0.50% and (d) 0.25%
图 6 质量分数为(a) 1.00%、(b) 0.75%、(c) 0.50%和(d) 0.25%的PFSi自组装膜截面的SEM照片