[发明专利]一种基于驻极电荷电子效应降低摩擦的方法

说明书

本发明公开了一种基于驻极电荷电子效应降低摩擦的方法，具体步骤为：制备SiO₂驻极体sol‑gel前驱液；将要进行旋涂的基底部件经过清洗装置后装入匀胶机；用旋涂法在基底上动态滴胶形成SiO₂湿凝胶，将其送入烘箱烘干，然后在真空管式炉中进行高温退火处理；将涂覆好的SiO₂薄膜放在直流高压电场中进行电晕放电轰击薄膜，两电极间形成的高压电场会使电介质和针尖与薄膜表面之间的空气击穿，向SiO₂薄膜内驻入电荷，形成SiO₂驻极体薄膜；将等参数下驻入电荷的两片带有SiO₂驻极体薄膜的摩擦副进行面‑面对磨，启动主机，摩擦副开始工作，测试摩擦副表面的摩擦系数。本发明制作的驻极体摩擦副对于降低摩擦系数改善摩擦副性能具有十分重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种基于驻极电荷电子效应降低摩擦的方法，属于表面技术和润滑领域。

背景技术

在自然界中，任何物体接触表面的相对运动都会存在着摩擦，有摩擦必然会产生能量消耗，而润滑则是降低摩擦，减少消耗的重要技术手段。随着科学技术的不断发展以及社会资源环境发展的迫切需求，摩擦副必须要具备极低的摩擦系数来降低能源损耗，润滑的研究方法趋于多元化，因此，基于驻极材料具有良好的储存电荷的能力，将驻极体与摩擦相结合，把电物理处理材料和摩擦中引入外加电场相结合，并把驻极后薄膜表面形成的永久性静电场作为外加电场引入到摩擦过程中，对于降低摩擦系数改善摩擦副性能具有十分重要的意义。

驻极体是被强外电场极化后能够永久性驻留静电荷的电介质。驻极电荷不仅出现在驻极体材料表面，也出现在驻极体的内部，如果去除一层驻极材料表面，新曝露出的表面仍然带有静电荷；如果将驻极体一分为二，将会得到两块驻极体，驻极体的此类特性与永磁体相类似，因此驻极体也被称为永电体。

摩擦现象与电现象是密不可分的，由于分子间作用力实际上是原子核和电子之间的静电引（斥）力，因而从微观机理上考虑分子间作用力引起的摩擦可以理解为是一种电现象。

基于驻极体表面层可永久性驻留静电荷的特性，将静电与摩擦学相结合，改善摩擦副的性能，通过强外电场作用将静电直接引入到摩擦副表面，使两个带有同种电荷的表面进行对磨，利用库伦斥力使对磨表面间产生分子间悬浮，从而降低摩擦系数。

驻极体极化方法在实验室中使用最多的是电晕充电法，此法是常压下利用高压放电所产生的电场来轰击电介质，使离子电荷能够沉积到电介质内部或者表面的充电方法。电晕充电法特有的优点是通过此法得到的驻极体其电荷储存密度高，在研究驻极电荷电子效应的摩擦学性能时需要驻极摩擦副表面具有较高的电荷密度。

驻极体表面不仅需要良好的电荷储存性能和高的电荷密度，还需要均匀分布的静电场。单单靠针尖电晕放电无法实现电场的均匀分布，因此在针尖与试样中间引入栅极用来实现驻极体表面均匀的静电场分布。

将注入同种电荷的驻极摩擦副进行面-面对磨，因驻极后SiO₂薄膜表面捕获了大量的静电荷，在两硅片在相互接近时，由于存在电位差，可以使两试样表面相互极化而产生静电排斥。

基于驻极材料具有良好的静电效应，驻极体已被广泛应用于通讯、传感器、生物、医疗等方面。迄今为止，还尚未见到将驻极体静电效应运用于摩擦润滑领域。

发明内容

本发明涉及一种基于驻极电荷电子效应降低摩擦的方法。

本发明主要利用驻极体的静电效应和库伦斥力使摩擦副表面间实现分子间悬浮，从而达到降低摩擦系数的目的，可用于生物驻极体材料、无机驻极体材料、高分子聚合物驻极体材料等。