|
随着科技的飞速发展以及机械制造技术的日益提高，各行业领域设备都出现了高速、重载的工作状态，摩擦和磨损也成为业内人士遇到的最普遍的问题之一。因此，人们对润滑油的高温承载能力以及减摩抗磨性能提出了更高的要求，而以石墨烯为代表的新一代碳纳米润滑复合材料也逐渐成为当前研究的热点之一。 一、石墨烯纳米添加剂摩擦机理 石墨烯具有特殊的二维纳米层状结构、高的机械强度和导热性，并且是碳质固体润滑材料的基本结构单元。实验研究表明，随着石墨烯的添加，石墨烯不断覆盖在摩擦副表面，摩擦副表面的粗糙度被石墨烯表面的粗糙度所替代，所以润滑机理逐渐趋向薄膜润滑，润滑油力学性能有所提高。当石墨烯质量分数不断增加时，石墨烯在摩擦副表面堆积，阻断润滑油膜的形成，润滑油的摩擦性能反而下降。 石墨烯纳米添加剂摩擦机理示意图 综合考虑干摩擦与薄膜润滑机理，当只有润滑油基础油工作时，其润滑处于临界状态，同时存在干摩擦与薄膜润滑；当有适当质量分数的石墨烯参与润滑时，薄膜润滑占主导地位，摩擦因子较低；当石墨烯质量分数较高时，石墨烯间的干摩擦作用凸显，且逐渐占据主导地位，摩擦因子不断上升。 二、石墨烯纳米润滑材料的潜力 目前的润滑油市场中，传统润滑油依然占据主导地位，但由于其润滑能力有限以及添加含硫、磷、氯等元素的添加剂对环境造成严重污染，无法满足现今的工作需求。而石墨烯因纳米材料具有减摩抗磨机理且不含有污染元素而成为了潜在的高性能纳米润滑材料。 1、碳纳米润滑油添加剂粒径小，在基础油中分散均匀，并可以填充摩擦副表面的划痕，起到修复作用；而且纳米颗粒以胶体的形式分散在油中，不易形成堵塞。 2、石墨烯具有原子薄的厚度和低剪切强度的层状结构，作为各种材质微纳器件的抗黏、减摩防护薄膜，单层、三层及多层石墨烯基纳米润滑薄膜能够显著减小基底表面的摩擦系数和耐久寿命。 3、高的机械强度和热导率使得石墨烯作为润滑油、水、离子液体等介质的润滑抗磨添加剂，在摩擦界面形成的石墨烯摩擦吸附膜和对偶表面转移膜，阻止了摩擦副的直接接触，显著提高了润滑剂的承载性能和摩擦副的抗磨性色。 4、选择氧化石墨烯作为聚合物、陶瓷等材料的填料，石墨烯显著提高了基体材料的力学性能，并通过形成的自润滑和高强度的连续转移膜减小了聚合物基体的摩擦系数，大幅提升了基体材料的抗磨性能，但并没有研究发现可以改善陶瓷材料的润滑性能。 三、石墨烯基复合润滑材料研究方向 现今，科学界预言“将彻底改变21世纪，掀起一场席卷全球的颠覆性新技术革命”的石墨烯正在慢慢发挥作用，在未来石墨烯基复合润滑材料的研究将朝着以下几个方向发展： 1、各种功能化石墨烯的纳米摩擦和纳米磨损机制的理论计算和实验研究，如氧化、氟化、氮化、硅烷化，胺基化石墨烯； 2、石墨烯的非共价功能化及原位还原技术研究保持石墨烯固有力学性能和摩擦学性能的同时，提高石墨烯在各种溶剂、润滑剂、聚合物等材料中的分散性； 3、石墨烯基多层组装体系在各种基底表面可控构筑研究； 4、石墨烯与润滑剂间的摩擦化学机理研究； 5、石墨烯增强复合材料在极端苛刻以及特殊环境下的摩擦学性能的研究，如低速重载、高温环境、液体环境等； 6、石墨烯增强无机非金属材料的摩擦学性能优化研究。 四、展望 虽然石墨烯的层数对摩擦学性能的影响机制在学术界还存在一定的分歧，但大量的石墨烯纳米摩擦学性能研究结果显示出石墨烯具有优异的润滑和抗磨性能，随着各种石墨烯基纳米润滑薄膜，润滑添加剂和润滑填料的不断发展及其润滑机制的深入研究，石墨烯在润滑材料领域必将大有可为。 |
|
|
