石墨烯和碳纳米管对润滑剂摩擦性能影响

摘要

随着社会的发展和科技的进步，交通、化工、运输和机械等产业不断蓬勃发展，但随之而来的是大量能源的消耗，因摩擦磨损导致的材料损耗和热量散失所引发的能源浪费严重减缓了工业的发展。如何提高能源的利用率成为一个亟待解决的问题。为了减少摩擦磨损所导致大量能源损耗，润滑剂技术应运而生。同时，为了使润滑剂具有更好的减摩性能，人们已研制出各类添加剂，其中新兴的碳纳米材料添加剂引起了各方广泛关注。
　　本论文首先对石墨烯和氧化石墨烯进行形貌表征和稳定性测试，证明石墨烯具有良好的亲油性，添加油酸的石墨烯可稳定分散在油基润滑剂中，而氧化石墨烯具有很好的亲水性，能够均匀分散在水中并保持稳定。制备了羧基化碳纳米管、不同尺度的超短碳纳米管、部分开带碳纳米管以及氧化石墨烯纳米带，对其结构进行了表征。上述碳纳米管的衍生物均具有较好的亲水性，能够稳定分散在水中。
　　本文探究了添加石墨烯类和碳纳米管类材料后油基润滑剂的摩擦性能。配制一系列浓度的石墨烯油基润滑剂，利用四球摩擦磨损测试机进行摩擦力和摩擦系数的测试，结果表明，添加适当浓度的石墨烯能够起到很好的减摩作用，最佳的添加浓度是0.03 mg?mL-1，此时的平均摩擦系数与纯基础油相比减少了25.6%。而碳纳米管类材料，包括羧基化碳纳米管、不同尺度的超短碳纳米管、部分开带碳纳米管以及氧化石墨烯纳米带由于含有丰富的含氧官能团，均难以均匀分散到油基润滑剂中。
　　最后，探究了添加石墨烯类和碳纳米管类材料后水基润滑剂的摩擦性能，分别研究了添加不同尺寸超短碳纳米管后润滑剂的摩擦性能随浓度变化规律及其摩擦系数-载荷关系；添加不同开带程度碳纳米管后润滑剂的摩擦性能随浓度变化规律；添加氧化石墨烯、氧化石墨烯和羧基化碳纳米管复配材料后润滑剂的摩擦性能随浓度变化规律及其摩擦系数-载荷关系。结果表明，碳纳米管长度越短，减摩性能越好；部分开带碳纳米管因兼具碳纳米管和石墨烯纳米带的双重结构，具有双重减摩效果，从而拥有更加优异的减摩能力；碳纳米管类材料的抗极压性能优于石墨烯类材料，但其抗磨损能力不佳。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 碳纳米材料的概论

1.3 润滑剂的概述

1.4 碳纳米材料作润滑剂添加剂的研究现状

1.5 本论文主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验材料及仪器设备

2.2 不同开带程度碳纳米管的制备

2.3 不同尺寸超短碳纳米管的制备

2.4 化学与结构表征

2.5 摩擦学性质表征

第3章 石墨烯类与碳纳米管类材料作为油基润滑剂添加剂的探究

3.1 石墨烯类与碳纳米管类纳米碳材料的表征

3.2 几种碳纳米材料作为油基润滑剂添加剂的探究

3.3 本章小结

第4章 石墨烯类与碳纳米管类材料作为水基润滑剂添加剂的探究

4.1 添加不同尺寸超短碳纳米管润滑剂的摩擦性能表征

4.2 添加不同开带程度碳纳米管的润滑剂的摩擦性能表征

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢