硬盘磁头自组装单分子膜的研究

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硬盘磁头硅烷类自组装单分子膜(FDTS/DLCself-assembledmonolayer)的研究是对自组装单分子膜的拓展和创新。本文以制备的FDTS/DLC自组装单分子膜为研究对象,全面、系统地研究了溶剂、溶液浓度、反应时间等工艺条件对成膜质量的影响,通过多种尖端的表面分析技术对单分子膜的表面状态进行了表征,并着重对沉积了FDTS/DLC单分子膜的磁头的表面自由能和抗腐蚀性能进行了研究。  本研究采用浸渍技术(dippingprocess),通过改变工艺参数,在磁头表面制备了不同条件的FDTS/DLC自组装单分子膜。  (1)采用不同溶剂如正己烷、VertrelXF等配置溶液,研究溶剂对FDTS分子膜成膜质量的影响。VertrelXF在本课题中首次被用作硅烷类分子的溶剂,使用AFM、接触角测量仪对不同溶剂制备的分子膜的表面状况进行了比较,结果显示采用VertrelXF作为溶剂制备的分子膜表面形貌好,成膜质量显著改善,且提高了实验过程与结果的可重复性。相比之下,正己烷作为溶剂制得的分子膜的表面形貌很差,质量不能满足实际需要。  (2)以VertrelXF作为溶剂,以浓度分别为2000、1000、700、500、200ppm的FDTS/DLC溶液制备单分子膜。AFM结果显示浓度较低的溶液制备的单分子膜质量较高,不过随着浓度降低,分子膜成膜速率也渐次降低,样品在低于700ppm的溶液中反应5min不能形成典型的疏水表面。  (3)采用非连续浸渍技术研究了FDTS单分子膜成膜的最佳反应时间。将样品浸渍在700ppm的FDTS/VertrelXF溶液中,经过0.5、1、5、15、45min分别将样品提出溶液,经过相同的后续工序处理制备了一系列的不同反应时间的分子膜。采用TEM、AFM、接触角测量仪等分析手段分别分析了分子膜的厚度、分布状态、表面形貌、粗糙度、润湿性等与反应时间的关系,并对分子膜在DLC基底上的生长过程进行了观测,结果表明,经过45min反应,在磁头表面制备了完整的FDTS/DLC自组装单分子膜。利用TOF-SIMS和AES对其均匀性和氟含量进行了表征,结果显示FDTS单分子膜在DLC表面分布均匀。  除以上的三个工艺参数外,本文还对其它工艺条件,如控制样品表面的水含量、样品表面预处理、加热温度、加热时间、实验顺序、夹具类别等对成膜效果的影响进行详细分析,结果显示,这些工艺参数对FDTS单分子膜成膜质量的影响不明显。  鉴于制备低能表面的重要意义,在总结了前人表面自由能测算方法的基础上,本文使用去离子水接触角计算出了沉积了FDTS自组装单分子膜的磁头的表面自由能。计算可知,随着反应时间的增加,磁头表面自由能从36.85±0.03mN/m减少至18.64±0.03mN/m,该结果与前人研究数据吻合。  通过腐蚀实验对沉积了FDTS自组装单分子膜的磁头与普通磁头的抗腐蚀性能进行了对比,结果显示,在0.025N的草酸溶液中浸渍10min后,沉积了FDTS自组装单分子膜的磁头腐蚀率为40.5%,而普通磁头则达到了97.9%;浸渍30min后,前者的腐蚀率增大为67.9%,而后者几近全部腐蚀(达到了99.5%)。本文进而根据所建立的FDTS/DLC自组装单分子膜防腐蚀模型,对分子膜防腐蚀机制进行了分析。  综上可知,本文通过对硬盘磁头FDTS/DLC自组装单分子膜的全面研究和深入分析,拓展了硅烷类单分子膜的应用领域,为改善硅烷类自组装单分子膜成膜质量和完善缺陷定量评价方法提供了新思路。本研究结果可为硅烷类单分子膜的进一步应用研究与开发提供技术参考和理论依据。
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