纳米级润滑膜分子排列取向的拉曼光谱表征技术

张洪玉; 张韶华; 梁鹤; 刘宇宏; 雒建斌

doi:10.7498/aps.60.098109

摘要

利用激光拉曼散射技术,对剪切作用下受限于钢球与石英盘之间的纳米级液晶5 CB的分子排列取向进行研究. 结果表明,在特定的实验条件下,可以得到高信噪比的纳米级润滑膜的拉曼散射信号(20∶1). 同时发现,当激光偏振方向与剪切运动方向平行(垂直)时,所得拉曼信号强度达到最大(小)值,表明纳米级液晶5 CB分子在剪切诱导作用下,沿剪切运动方向趋于定向排列. 另外,当钢球与石英盘之间的剪切速度逐渐增大时,受限的纳米级液晶5 CB的拉曼信号强度也逐渐增大. 最后,利用根据相对光强干涉原理研制的纳米膜厚测量仪对纳米级

关键词:

Abstract

Molecular alignment of nano-thin liquid crystal 5CB film confined between highly polished steel ball and quartz disk under shear is studied using Raman spectroscopy. The results show that an acceptable signal-to-noise ratio as high as 20:1 can be obtained under certain experimental conditions. In addition, the intensity of the Raman spectrum reaches its peak (minimum) value when polarization of the laser is parallel (perpendicular) to the direction of shear motion. This indicates that the molecules of liquid crystal 5CB film are oriented along the direction of shear motion. Furthermore, the influence of shear speed on the intensity of Raman spectroscopy of nano-thin liquid crystal 5CB film was investigated, and its film thickness was analyzed based on a relative optical interference intensity technique.

Keywords:

作者及机构信息

1.
清华大学精仪系摩擦学国家重点实验室,北京 100084

基金项目: 国家自然科学基金创新研究群体基金(批准号:51021064)和国家自然科学基金专项基金(批准号:51027007)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Tribology,Department of Precision Instruments and Mechanology, Tsinghua University,Beijing 100084,China

参考文献

[1]	Luo J B, Wen S Z, Huang P 1996 Wear 194 107
[2]	Luo J B, Wen S Z 1996 Science in China (A) 39 1312
[3]	Zhang C H, Luo J B, Lei H 2005 China Mechanical Engineering Science 16 1282 (in Chinese) [张朝辉、雒建斌、雷红 2005 中国机械工程 16 1282]
[4]	Shen M W, Luo J B, Wen S Z, Yao J B 2002 Lubr. Eng. 58 18
[5]	Luo J B, Shen M W, Wen S Z 2004 Journal of Applied Physics 96 6733
[6]	Luo J B, He Y, Wen S Z, Zhong J 2005 Tribology 25 283 (in Chinese) [雒建斌、何雨、温诗铸、钟掘 2005 摩擦学学报 25 283]
[7]	Granick S 1991 Science 253 1374
[8]	Akbulut M, Chen N, Maeda N, Israelachvili J, Grunewald T, Helm CA 2005 J. Phys. Chem. 109 12509
[9]	Xiong Y, Zhang X J, Zhang X H, Wen S Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1826 (in Chinese) [熊毅、张向军、张晓昊、温诗铸 2009物理学报 58 1826]
[10]	Huang Q, Wang J, Cao L R, Sun J, Zhang X D, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 1980 (in Chinese) [黄茜、王京、曹丽冉、孙建、张晓丹、耿卫东、熊绍珍、赵颖 2009 物理学报 58 1980]
[11]	Zang H, Wang Z G, Pang L F, Wei K F, Yao C F, Shen J L 2010 Acta Phys. Sin. 59 4831 (in Chinese) [臧航、王志光、庞立龙、魏孔芳、姚存峰、申铁龙 2010 物理学报 59 4831]
[12]	Li J F, Huang Y F, Ding Y, Yang Z L, Li S B, Zhou X S, Fan F R, Zhang W, Zhou Z Y, Wu D Y, Ren B, Wang Z L, Tian Z Q 2010 Nature 464 392
[13]	Bongaerts J H H, Day J P R, Marriott C, Pudney P D A, Williamson A M 2008 J. Appl. Phys. 104 014913
[14]	Jiang S, Bae S C, Granick S 2008 Langmuir 24 1489
[15]	Bae S C, Wong J S, Kim M, Jiang S, Hong L, Granick S 2008 Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 366 1443
[16]	Jones W J, Thomas D K, Thomas D W, Williams G 2004 J. Mol. Struct. 708 145
[17]	Luo J B 1994 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [雒建斌 1994 博士学位论文 (北京:清华大学)]

施引文献

[1]	Luo J B, Wen S Z, Huang P 1996 Wear 194 107
[2]	Luo J B, Wen S Z 1996 Science in China (A) 39 1312
[3]	Zhang C H, Luo J B, Lei H 2005 China Mechanical Engineering Science 16 1282 (in Chinese) [张朝辉、雒建斌、雷红 2005 中国机械工程 16 1282]
[4]	Shen M W, Luo J B, Wen S Z, Yao J B 2002 Lubr. Eng. 58 18
[5]	Luo J B, Shen M W, Wen S Z 2004 Journal of Applied Physics 96 6733
[6]	Luo J B, He Y, Wen S Z, Zhong J 2005 Tribology 25 283 (in Chinese) [雒建斌、何雨、温诗铸、钟掘 2005 摩擦学学报 25 283]
[7]	Granick S 1991 Science 253 1374
[8]	Akbulut M, Chen N, Maeda N, Israelachvili J, Grunewald T, Helm CA 2005 J. Phys. Chem. 109 12509
[9]	Xiong Y, Zhang X J, Zhang X H, Wen S Z 2009 Acta Phys. Sin. 58 1826 (in Chinese) [熊毅、张向军、张晓昊、温诗铸 2009物理学报 58 1826]
[10]	Huang Q, Wang J, Cao L R, Sun J, Zhang X D, Geng W D, Xiong S Z, Zhao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 1980 (in Chinese) [黄茜、王京、曹丽冉、孙建、张晓丹、耿卫东、熊绍珍、赵颖 2009 物理学报 58 1980]
[11]	Zang H, Wang Z G, Pang L F, Wei K F, Yao C F, Shen J L 2010 Acta Phys. Sin. 59 4831 (in Chinese) [臧航、王志光、庞立龙、魏孔芳、姚存峰、申铁龙 2010 物理学报 59 4831]
[12]	Li J F, Huang Y F, Ding Y, Yang Z L, Li S B, Zhou X S, Fan F R, Zhang W, Zhou Z Y, Wu D Y, Ren B, Wang Z L, Tian Z Q 2010 Nature 464 392
[13]	Bongaerts J H H, Day J P R, Marriott C, Pudney P D A, Williamson A M 2008 J. Appl. Phys. 104 014913
[14]	Jiang S, Bae S C, Granick S 2008 Langmuir 24 1489
[15]	Bae S C, Wong J S, Kim M, Jiang S, Hong L, Granick S 2008 Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 366 1443
[16]	Jones W J, Thomas D K, Thomas D W, Williams G 2004 J. Mol. Struct. 708 145
[17]	Luo J B 1994 Ph. D. Dissertation (Beijing: Tsinghua University) (in Chinese) [雒建斌 1994 博士学位论文 (北京:清华大学)]

[1]	许思维, 王训四, 沈祥. 结合高分辨率X射线光电子能谱和拉曼散射研究Ge_xGa₈S_92–x玻璃结构. 物理学报, 2023, 72(1): 017101. doi: 10.7498/aps.72.20221653
[2]	刘娜, 王译, 李文波, 张丽艳, 何世坤, 赵建坤, 赵纪军. 外尔半金属WTe₂/Ti异质结的热稳定性拉曼散射研究. 物理学报, 2022, 71(19): 197501. doi: 10.7498/aps.71.20220712
[3]	李健康, 李睿. 利用数值模拟研究表面增强相干反斯托克斯拉曼散射增强基底. 物理学报, 2021, 70(10): 104207. doi: 10.7498/aps.70.20201773
[4]	鲍冬, 华灯鑫, 齐豪, 王骏. 基于拉曼-布里渊散射的海水盐度精细探测遥感方法. 物理学报, 2021, 70(22): 229201. doi: 10.7498/aps.70.20210201
[5]	李斌, 罗时文, 余安澜, 熊东升, 王新兵, 左都罗. 共焦腔增强的空气拉曼散射. 物理学报, 2017, 66(19): 190703. doi: 10.7498/aps.66.190703
[6]	李满, 戴志高, 应见见, 肖湘衡, 岳亚楠. 基于稳态电热拉曼技术的碳纳米管纤维导热系数测量及传热研究. 物理学报, 2015, 64(12): 126501. doi: 10.7498/aps.64.126501
[7]	甘渝林, 王丽, 苏雪琼, 许思维, 孔乐, 沈祥. 用拉曼光谱测量GeSbSe玻璃的热导率. 物理学报, 2014, 63(13): 136502. doi: 10.7498/aps.63.136502
[8]	任秀云, 田兆硕, 孙兰君, 付石友. 激光波长对拉曼散射水温遥感系统测温精度及探测深度的影响. 物理学报, 2014, 63(16): 164209. doi: 10.7498/aps.63.164209
[9]	苏元军, 徐军, 朱明, 范鹏辉, 董闯. 利用等离子体辅助脉冲磁控溅射实现多晶硅薄膜的低温沉积. 物理学报, 2012, 61(2): 028104. doi: 10.7498/aps.61.028104
[10]	钟文武, 刘发民, 蔡鲁刚, 丁芃, 柳学全, 李一. Al和Sb共掺对ZnO有序阵列薄膜的结构和光学性能的影响. 物理学报, 2011, 60(11): 118102. doi: 10.7498/aps.60.118102
[11]	王卫宁. 苏氨酸的太赫兹及拉曼光谱研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7640-7645. doi: 10.7498/aps.58.7640
[12]	胡妮, 熊锐, 魏伟, 王自昱, 汪丽莉, 余祖兴, 汤五丰, 石兢. 自旋梯状化合物Sr14(Cu1-yFey)24O41的拉曼散射谱研究. 物理学报, 2008, 57(8): 5267-5271. doi: 10.7498/aps.57.5267
[13]	于全芝, 李玉同, 蒋小华, 刘永刚, 王哲斌, 董全力, 刘峰, 张喆, 黄丽珍, C. Danson, D. Pepler, 丁永坤, 傅世年, 张杰. 激光等离子体的电子温度对Thomson散射离子声波双峰的影响. 物理学报, 2007, 56(1): 359-365. doi: 10.7498/aps.56.359
[14]	刘国汉, 丁毅, 朱秀红, 陈光华, 贺德衍. HW-MWECR-CVD法制备氢化微晶硅薄膜及其微结构研究. 物理学报, 2006, 55(11): 6147-6151. doi: 10.7498/aps.55.6147
[15]	曹春芳, 吴惠桢, 斯剑霄, 徐天宁, 陈静, 沈文忠. 分子束外延PbTe单晶薄膜的反常拉曼光谱研究. 物理学报, 2006, 55(4): 2021-2026. doi: 10.7498/aps.55.2021
[16]	成泽. 压电晶体拉曼散射的统一量子论. 物理学报, 2005, 54(11): 5435-5444. doi: 10.7498/aps.54.5435
[17]	吴延昭, 于平, 王玉芳, 金庆华, 丁大同, 蓝国祥. 非共振条件下单壁碳纳米管拉曼散射强度的计算. 物理学报, 2005, 54(11): 5262-5268. doi: 10.7498/aps.54.5262
[18]	李欣, 胡元中, 王慧. 磁盘润滑膜全氟聚醚的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2005, 54(8): 3787-3792. doi: 10.7498/aps.54.3787
[19]	张喜和, 姚治海, 李晓英, 李春明, 冯克成, 王兆民. 高保偏光纤前方受激拉曼散射光谱特性的研究. 物理学报, 2003, 52(4): 840-843. doi: 10.7498/aps.52.840
[20]	张纪才, 戴伦, 秦国刚, 应丽贞, 赵新生. 离子注入GaN的拉曼散射研究. 物理学报, 2002, 51(3): 629-634. doi: 10.7498/aps.51.629

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