BZT-0.5BCT压电薄膜的摩擦磨损特性研究

本文主要探讨了压电薄膜的摩擦和磨损性能，由张艳、毕可东等人合作完成，发表在中国科技论文在线。研究焦点集中在0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3(BZT-0.5BCT)陶瓷薄膜上，这是一种具有潜在应用价值的无铅压电材料。通过溶胶-凝胶法制备在Si(100)基底上的BZT-0.5BCT压电薄膜，结果显示薄膜表面光滑，晶粒尺寸均匀且呈现半球形，尺寸大约为80-100纳米，厚度为1.7微米，但存在少量气孔。 摩擦力实验发现，BZT-0.5BCT压电薄膜与硅针尖之间的摩擦力显著高于硅针尖与二氧化硅的摩擦力，这是由于静电力作用的结果。尽管如此，两者的摩擦系数却基本保持一致。这表明薄膜在静电力驱动下的摩擦特性有所提升，但与传统材料相比可能更加敏感。 划痕实验进一步揭示了BZT-0.5BCT薄膜的法向承载能力强，能够承受较大的正压力，但切向抗磨损能力相对较弱。薄膜的平均弹性模量为23.64 GPa，硬度范围在2.7~4 GPa，这两个参数略低于标准压电陶瓷(PZT)材料的体态值，暗示着在某些高精度或耐磨性要求的应用中，可能需要考虑材料的优化或者改性。 此外，文章还将其研究成果归类于纳米摩擦力、纳米压痕以及纳米划痕的研究范畴，这些研究对于理解压电薄膜在精密设备中的实际工作条件和寿命预测具有重要意义。整个研究不仅提供了关于新型无铅压电材料性能的深入洞察，也为压电薄膜在微电子、传感器和微机械系统等领域的潜在应用提供了科学依据。