Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.49-54
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2001
Monolayers such as self-assembled monolayer (SAM) have received considerable attention to reduce stiction and friction in micro-devices and microelectromechanical systems (MEMS). Various organic molecular films were investigated to obtain better understanding of their tribological behaviors and adhesion property. The organic molecular films studied in this work are: epoxysilane SAMs, octadecyltricholosilane (OST), multi-layers composed of epoxysilane SAMs, poly〔styrene-b-(ethylene-co-butylene)-b-styrene〕(SEBS) and compound of epoxy resin and poly (paraphenylene) (EP/PPP). The pull-off forces of these films were also obtained from force-distance curves measured in static mode of operation of atomic force microscope (AFM). Tribological tests were conducted with a ball-on-flat reciprocating friction tester. The OST showed the lowest pull-off force, indicating its low adhesion property. It was revealed that, the OST, EP/PPP and the multi-layer of epoxysilane SAMs, SEBS and EP/PPP exhibited good tribological properties at the lower load (0.3 N) whereas the OST showed best performance at the higher load (1.8 N).
In lithium-ion batteries (LIBs), the stress induced by the volume change of an electrode during charge-discharge processes may often cause the mechanical integrity of the electrode to degrade. Polymer binders with enhanced mechanical properties are preferred for improved mechanical integrity and cycling stability of the electrode. In addition, given that sliding and shearing between the polymer binder and components in the electrode may readily occur, frictional and adhesion characteristics of the polymer binder may play a critical role in the mechanical integrity of the electrode. In this study, frictional and adhesion characteristics of polyacrylonitrile (PAN) and polyvinylidene fluoride (PVDF) were investigated using a colloidal probe atomic force microscope. Friction loops were obtained under various normal forces ranging from 0 to 159 nN in air and electrolyte and then the interfacial shear strengths of PAN and PVDF in air were calculated to be $1.4{\pm}0.5$ and $1.3{\pm}0.3MPa$, respectively. The results show that in electrolyte, interfacial shear strength of PAN decreased slightly ($1.2{\pm}0.2MPa$), whereas that of PVDF decreased drastically ($0.06{\pm}0.01MPa$). Decreases in mechanical properties and adhesion in electrolyte may be responsible for the decrease in interfacial shear strength in electrolyte. The findings from this study may be helpful in developing polymer binders to improve the mechanical integrity of electrodes in LIBs.
The friction and wear behaviors of magnetron sputtered MoS$_2$ films were investigated through the use of a pin and disk type tester. The experiments were performed for two kinds of specimens (ground (Ra 0.5 $\mu\textrm{m}$) and polished (Ra 0.01 $\mu\textrm{m}$) substrates) under the following operating condifions : linear sliding velocities in the range of 22~66 mm/s (3 types), normal loads varying from 9.8~29.4 N(3 types) and atmospheric conditions of air, medium and high vacuum (3types). Silicon nitride pin was used as the lower specimen and magnetron sputtered MoS$_2$ on bearing steel disk was used as the upper specimen. The results showed that low friction property of the MoS$_2$ films could be identified in high vacuum and the specific wear rate in air was much higher than that in medium and high vacuum due to severe oxidation. It was found that the main wear mechanism in air was oxidation whereas in high vacuum accumulation of plastic flow and adhesion, were the main causes of wear.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.11
no.4
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pp.50-58
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1987
At present it has been cleared that even carefully polished surfaces have irregularities on them which are large compared with molecular dimensions by the progress of a scanning electron microscope. When two solids are placed together, the real area of contact is very small, so that the local pressure is high and, in general, exceeds the yield pressure of the metal. Plastic flow of the solid occurs at the summits of the irregularities so that the real area of contact is proportional to the applied load. There is adhesion at local resions of contact and the friction is, in a large measure, the force required to shear them. On this view point, the friction experiment with different specimens which are carbon steel, copper and constantan was attempted to know the characteristics of temperature change in contact with different metals. Various experiments are summerized as follows; 1) With metals of high melting point, momentary 1000 .deg. C may last below $10^{-4}$ of a second. It is thought that above phenomena back up previous adhesion theory in wear. 2) As a general rule, surface temperature in contact with different metals becomes high when the load increases while it is observed that surface temperature decreases when the load increases with shapes of specimens.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.7
no.1
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pp.35-40
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2000
Teflon-like fluorocarbon thin film was deposited on various substrates by vapor deposition using PFDA (perfluorodecanoic acid). The fluorocarbon films were characterized by static/dynamic contact angle analysis, VASE (Variable-angle Spectroscopic Ellipsometry) and AFM/LFM (Atomic/Lateral Force Microscopy). Based on Lewis Acid/Base theory, the surface energy ($S_{E}$) of the films was calculated by the static contact angle measurement. The work of adhesion (WA) between de-ionized water and substrates was calculated by using the static contact data. The fluorocarbon films showed very similar values of the surface energy and work of adhesion to Teflon. All films showed larger hysteresis than that of Teflon. The roughness and relative friction force of films were measured by AFM and LFM. Even though the small reduction of surface roughness was found on film on $SiO_2$surface, the large reduction of relative friction farce was observed on all films. Especially the relative friction force on TEOS was decreased a quarter after film deposition. LFM images showed the formation of "strand-like"spheres on films that might be the reason far the large contact angle hysteresis.
Effects of sliding speed, applied load, and thickness of PMMA (Poly Methyl Methacrylate) coating layers on their dry sliding frictional and wear behavior were investigated. Sliding wear tests were carried out using a pin-on-disk wear tester. The PMMA layer was coated on Si wafer by a spin coating process with two different thicknesses, $1.5\mu\textrm{m}$ and $0.8\mu\textrm{m}$. AISI 52100 bearing steel balls were used as a counterpart of the PMMA coating during the wear. Normal applied load and sliding speed were varied. Wear mechanisms of the coatings were investigated by examining worn surfaces using an SEM. Friction coefficient of the coatings decreased with the increase of the applied load. Both adhesion and deformation of the coating determined the coefficient. The thicker PMMA layer with the thickness of $1.5mutextrm{m}$ showed lower friction coefficient than the thinner layer under most test conditions. Effects of sliding speed and applied load on the frictional behavior were varied depending on the thickness of the coating layer.
A pneumatic cylinder used to sliding seal which seal the element one to another in relative motion. It is difficult to accuracy control because of adhesion phenomenon. To confirm this phenomenon, it is carried to friction force test and analysis for bellows type rodless cylinder. In the rodless cylinder of this type, friction force test is very important. Through the theoretical analysis of shock absorber obtained the optimal design of bellows type rodless cylinder. As the result of the friction force test, LM Guide type is suitable for work under low friction force.
Atomic force microscopy/friction force microscopy (AFM/FFM) techniques are increasingly used for tribological studies of engineering surfaces at scales, ranging from atomic and molecular to microscales. These techniques have been used to study surface roughness, adhesion, friction, scratching/wear, indentation, detection of material transfer, and boundary lubrication and for nanofabrication/nanomachining purposes. Micro/nanotribological studies of single-crystal silicon, natural diamond, magnetic media (magnetic tapes and disks) and magnetic heads have been conducted. Commonly measured roughness parameters are found to be scale dependent, requiring the need of scale-independent fractal parameters to characterize surface roughness. Measurements of atomic-scale friction of a freshly-cleaved highly-oriented pyrolytic graphite exhibited the same periodicity as that of corresponding topography. However, the peaks in friction and those in corresponding topography were displaced relative to each other. Variations in atomic-scale friction and the observed displacement has been explained by the variations in interatomic forces in the normal and lateral directions. Local variation in microscale friction is found to correspond to the local slope suggesting that a ratchet mechanism is responsible for this variation. Directionality in the friction is observed on both micro- and macro scales which results from the surface preparation and anisotropy in surface roughness. Microscale friction is generally found to be smaller than the macrofriction as there is less ploughing contribution in microscale measurements. Microscale friction is load dependent and friction values increase with an increase in the normal load approaching to the macrofriction at contact stresses higher than the hardness of the softer material. Wear rate for single-crystal silicon is approximately constant for various loads and test durations. However, for magnetic disks with a multilayered thin-film structure, the wear of the diamond like carbon overcoat is catastrophic. Breakdown of thin films can be detected with AFM. Evolution of the wear has also been studied using AFM. Wear is found to be initiated at nono scratches. AFM has been modified to obtain load-displacement curves and for nanoindentation hardness measurements with depth of indentation as low as 1 mm. Scratching and indentation on nanoscales are the powerful ways to screen for adhesion and resistance to deformation of ultrathin fdms. Detection of material transfer on a nanoscale is possible with AFM. Boundary lubrication studies and measurement of lubricant-film thichness with a lateral resolution on a nanoscale have been conducted using AFM. Self-assembled monolyers and chemically-bonded lubricant films with a mobile fraction are superior in wear resistance. Finally, AFM has also shown to be useful for nanofabrication/nanomachining. Friction and wear on micro-and nanoscales have been found to be generally smaller compared to that at macroscales. Therefore, micro/nanotribological studies may help def'me the regimes for ultra-low friction and near zero wear.
Ahmed, Rehab I.;Moustafa, Moustafa M.;Talaat, Ashraf M.;Ali, Waheed Y.
Advances in materials Research
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v.4
no.3
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pp.165-178
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2015
Friction coefficient of epoxy metal matrix composites were investigated. The main objective was to increase the friction coefficient through rubber sole sliding against the epoxy floor coating providing appropriate level of resistance. This was to avoid the excessive movement and slip accidents. Epoxy metal matrix composites were reinforced by different copper wire diameters. The epoxy metal matrix composites were experimentally conducted at different conditions namely dry, water and detergent wetted sliding, were the friction coefficient increased as the number of wires increased. When the wires were closer to the sliding surface, the friction coefficient was found to increase. The friction coefficient was found to increase with the increase of the copper wire diameter in epoxy metal matrix composites. This behavior was attributed to the fact that as the diameter and the number of wires increased, the intensity of the electric field, generated from electric static charge increased causing an adhesion increase between the two sliding surfaces. At water wetted sliding conditions, the effect of changing number of wires on friction coefficient was less than the effect of wire diameter. The presence of water and detergent on the sliding surfaces decreased friction coefficient compared to the dry sliding. When the surfaces were detergent wetted, the friction coefficient values were found to be lower than that observed when sliding in water or dry condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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