Yoon Eui-Sung;Oh Hyun-Jin;Han Hung-Gu;Kong Hosung;Jhang Kyung Young
Tribology and Lubricants
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v.20
no.2
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pp.51-57
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2004
Micro/nano adhesion and friction properties of mixed self-assembled monolayer (SAM) with different chain length for MEMS application were experimentally studied. Many kinds of SAM having different spacer chains(C6, C10 and C18) and their mixtures (1:1) were deposited onto Si-wafer, where the deposited SAM resulted in the hydrophobic nature. The adhesion and friction properties between tip and SAM surfaces under nano scale applied load were measured using an atomic force microscope (AFM) and under micro scale applied load were measured using ball-on-flat type micro-tribotester. Surface roughness and water contact angles were measured with SPM (scanning probe microscope) and contact anglemeter. Results showed that water contact angles of mixed SAMs were similar to those of pure SAMs. The morphology of coating surface was roughened as mixing of SAM. Nano adhesion and nano friction decreased as increasing of the spacer chain length and mixing of SAM. Micro friction was decreased as increasing of the spacer chain length, but micro friction of mixed SAM showed the value between pure SAMs. Nano adhesion and friction mechanism of mixed SAM was proposed in a view of stiffness of spacer chain modified chemically and topographically.
Oh Hyun-Jin;Yoon Eui-Sung;Han Hung-Gu;Kong Hosung;Jhang Kyung Young
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2003.11a
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pp.56-63
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2003
Micro/nano adhesion and friction properties of mixed self-assembled monolayer (SAM) with different chain length for MEMS application were experimentally studied. Many kinds of SAM having different spacer chains(C6, C10 and C18) and their mixtures (1:1) were deposited onto Si-wafer, where the deposited SAM resulted in the hydrophobic nature. The adhesion and friction properties between tip and SAM surfaces under nano scale applied load were measured using an atomic force microscope (AFM) and micro scale applied load were measured using ball-on-flat type micro-tribotester. Surface roughness and water wetting angles were measured with SPM (scanning probe microscope) and contact anglemeter. Results showed that wetting angles of mixed SAMs showed the similar value of pure SAMs. The coating surface morphology was increased as mixing of SAM. Nano adhesion and nano friction decreased as increasing of the spacer chain length and mixing of SAM. Micro friction was decreased as increasing of the spacer chain, but micro friction of mixed SAM showed the value between pure SAMs. Nano adhesion and friction mechanism of mixed SAM was proposed in a view of stiffness of spacer chain modified chemically and topographically.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.05a
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pp.25-33
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2002
Effect of surface topography on the water wetting nature and micro/nano tribological characteristics of Si-wafer and PTFE was experimentally studied. The ion beam treatment was performed with a hollow cathode ion gun in different argon don dose conditions in a vacuum chamber to change the surface topography, Micro/nano tribological characteristics, water wetting angles and roughness were measured with a micro tribo tester, SPM (scanning prove microscope), contact anglemeter and profilometer, respectively. Results showed that surface roughness increased with the argon ion dose. The water wetting angle of tile ion beam treated samples also increased with the ion dose. Results also showed that micro-adhesion and micro-friction depend on the wetting characteristics of the PTFE samples. However, nano-triboloSical characteristics showed little dependence on the wetting angles. The water wetting characteristics of modified PTFE samples were discussed in terms of the surface topographic characteristics.
Micro/nano adhesion and friction properties of self-assembled monolayers (SAMs) with different head- and end-group were experimentally studied according to the coating methods. Various kinds of SAM having different spacer chains (C10 and C18), head-group and end-group were deposited onto Si-wafer by dipping and chemical vapour deposition (CVD) methods under atmospheric pressure, where the deposited SAM resulted in the hydrophobic nature. The adhesion and friction properties between tip and SAM surfaces under nano scale applied load were measured using an atomic force microscope (AFM) and also those under micro scale applied load were measured using a ball-on-flat type micro-tribotester. Surface roughness and water contact angles were measured with SPM (scanning probe microscope) and contact anglemeter respectively. Results showed that water contact angles of SAMs with the end-group of fluorine show higher relatively than those of hydrogen. SAMs with the end-group of fluorine show lower nano-adhesion but higher micro/nanofriction than those with hydrogen. Water contact angles of SAMs coated by CVD method show high values compared to those by dipping method. SAMs coated by CVD method show the increase of nano-adhesion but the decrease of nano-friction. Nano-adhesion and friction mechanism of SAMs with different end-group was proposed in a view of size of fluorocarbon molecule.
Nano/micro friction with the contact area was studied on Si-wafer (100) and diamond-like carbon (DLC) film. Borosilicate balls of radii $0.32{\mu}m,\;0.5{\mu}m,\;1.25{\mu}m\;and\;2.5{\mu}m$ mounted on the top of AFM tip (NPS) were used for nano-scale contact and Soda Lime glass balls of radii 0.25mm, 0.5mm, 1mm were used for micro-scale contact. At nano-scale, the friction between ball and surface was measured with the applied normal load using an atomic force microscope (AFM), and at micro scale it was measured using ball-on flat type micro-tribotester. All the experiments were conducted at controlled conditions of temperature $(24\pm1^{\circ}C)$ and humidity $(45\pm5\%)$. Friction was measured as a function of applied normal load in the range of 0-160nN at nano scale and in the range of $1000{\mu}N,\; 1500{\mu}N,\;3000{\mu}N\;and\;4800{\mu}N$ at micro scale. Results showed that the friction at nano scale increased with the applied normal load and ball size for both kinds of samples. Similar behavior of friction with the applied normal load and ball size was observed for Si-wafer at micro scale. However, for DLC friction decreased with the ball size. This difference of in behavior of friction in DLC nano- and microscale was attribute to the difference in the operating mechanisms. The evidence of the operating mechanisms at micro-scale were observed using scanning electron microscope (SEM). At micro-scale, solid-solid adhesion was dominant in Silicon-wafer, while plowing in DLC. Contrary to the nano scale that shows almost a wear-less situation, wear was prominent at micro-scale. At nano- and micro-scale, effect of contact area on the friction was discussed with the different applied normal load and ball size.
Micro/nano tribological and water wetting characteristics of ion beam treated PTFE (polytetrafluoroethylene) surfaces were experimentally studied. The ion beam treatment was performed with a hollow cathode ion gun at different argon ion dose conditions in a vacuum chamber to modify the topography of PTFE surface. Micro/nano tribological characteristics, water wetting angles and roughness were measured with a micro tribe tester, SPM (scanning probe microscope), contact anglemeter and profilometer, respectively. Results showed that surface roughness increased with the argon ion dose. Water wetting angle of the ion beam treated samples increased with the ion dose, so the surface shows an ultra-hydrophobic nature. Micro-adhesion and micro-friction depend on the wetting characteristics of the PTFE samples. However, nano-tribological characteristics showed different results. The scale effect of surface topography on tribological characteristics was discussed. Also, the water wetting characteristics of modified PTFE samples were discussed in terms of the surface topographic characteristics.
Park, Ji-Hyun;Yang, Seung-Ho;Kong, Ho-Seung;Jhang, Kyung-Young;Yoon, Eui-Sung
Tribology and Lubricants
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v.18
no.1
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pp.1-8
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2002
Nano adhesion and friction between a $Si_{3}N_{4}$ AFM(atomic force microscope) tip and thin silver films were experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM and LFM(lateral force microscope) modes in various range of normal loads. Thin silver films deposited by IBAD (ion beam assisted deposition) on Si-wafer (100) and other Si-wafers of different surface roughness were used. Results showed that nano adhesion and friction decreased with the surface roughness. When the Si surfaces were coated by pure silver, the adhesion and friction decreased. But the adhesion and friction were not affected by the thickness of IBAD silver coating. As the normal force increased, the adhesion forces of bare Si-wafer and IBAD silver coating film remained constant, but the friction forces increased linearly. Test results suggested that the friction was mainly governed by the adhesion as long as the load was low.
Friction characteristics at nano-scale of self-assembled monolayers (SAMs) having different chain lengths and end groups were experimentally studied.51 order to understand the effect of the chain length and end group on the nano-scalefriction: (1) two different SAMs of shorter chain lengths with different end groups such as methyl and phenyl groups, and (2)four different kinds of SAMs having long chain lengths (C10) with end groups of fluorine and hydrogen were coated on siliconwafer (100) by dipping method and Chemical Vapour Deposition (CVD) technique. Their nano-scale friction was measuredusing an Atomic Force Microscopy (AFM) in the range of 0-40 nN normal loads. Measurements were conducted at the scanning speed of 2 $mu$m/s for the scan size of 1$mu$m x 1 $mu$m using a contact mode type $Si_3N_4$ tip (NPS 20) that had a nominal spring constant0.58 N/m. All experiments were conducted at anlbient temperature (24 $pm$1$circ$C) and relative humidity (45 $pm$ 5%). Results showedthat the friction force increased with applied normal load for all samples, and that the silicon wafer exhibited highest frictionwhen compared to SAMs. While friction was affected by the inherent adhesion in silicon wafer, it was influenced by the chainlength and end group in the SAMs. It was observed that the nano-friction decreased with the chain length in SAMs. In the caseof monolayers with shorter length, the one with the phenyl group exhibited higher friction owing to the presence of benBenerings that are stiffer in nature. In the case of SAMs with longer chain length, those with fluorine showed friction values relativelyhigher than those of hydrogen. The increase in friction due to the presence of fluorine group has been discussed with respect tothe siBe of the fluorine atom.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.35-42
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2001
Nanotribological characteristics between a Si$_3$N$_4$ AFM tip and hydrophobic thin films were experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM(atomic force microscope) and LFM(lateral force microscope) modes in various ranges of normal load. Plasma-modified thin polymeric films were deposited on Si-wafer (100). Results showed that wetting angle of plasma-modified thin polymeric film increased with the treating time, which resulted in the hydrophobic surface and the decrease of adhesion and friction. Nanotribological characteristics of these surfaces were compared with those of other hydrophobic surfaces, such as DLC, OTS and IBAD-Ag coated surfaces. Those of OTS coated surface was superior to those of others, though wetting angle of plasma-modified thin polymeric film is higher.
R. Arvind Singh;Yoon, Eui-Sung;Oh, Hyun-Jin;Kong, Ho-Sung
KSTLE International Journal
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v.5
no.1
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pp.1-6
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2004
Nano-scale studies on adhesion and friction were conducted in Si-wafer (100) using Atomic Force Microscopy (AFM). Glass (Borosilicate) balls of radii 0.32$\mu\textrm{m}$, 1.25$\mu\textrm{m}$, and 2.5$\mu\textrm{m}$, mounted on cantilever (Contact Mode type NPS) were used as tips. Adhesion and friction between Si-wafer and glass tips were measured at ambient temperature (24${\pm}$1$^{\circ}C$) and humidity (45${\pm}$5%). Friction was measured as a function of applied normal load in the range of 0-160 nN. Results showed that, both adhesion and friction increased with the tip radii. Also, friction increased linearly as a function of applied normal load. The effect of tip size on adhesion and friction was explained as the influence of the capillary force exerted by meniscus and that of the contact area on these parameters respectively. The coefficient of friction was estimated in two different ways, as the slope from the plot of friction force against the applied normal load and as the ratio between the friction force and the applied normal load. Both these estimates showed that the coefficient of friction increased with the tip size. Further, the influence of the adhesion force on the coefficient of friction was also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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