纳米洋葱状富勒烯的结构表征及其摩擦性能研究

摘要

近年来，纳米微粒在润滑领域的应用日益引起国内外人士的重视，将纳米微粒用作润滑油添加剂已经成为纳米摩擦学的热点研究内容之一。由于纳米碳材料在摩擦过程中具有一定的润滑修复性能，而被其广泛地应用于润滑领域，例如，碳纳米管、C60、碳纤维等。做为富勒烯家族的成员，纳米洋葱状富勒烯因其特殊的笼状结构和各向相同性，使其在润滑自修复方面具有潜在的应用价值。 本文采用水下电弧放电法和化学气相沉积法(CVD)制备了单纯和内包金属纳米Fe颗粒两种形貌不同的纳米洋葱状富勒烯；采用回流的方法通过硬脂酸对单纯纳米洋葱状富勒烯进行了官能化处理。利用高分辨透射电子显微镜(High Resolution Transmission Electron Microscope,HRTEM)、X-射线衍射(X-ray Diffraction，XRD)等对产物的结构和形貌进行了表征；通过四球摩擦磨损试验机考察了纳米洋葱状富勒烯作为润滑油添加剂的摩擦性能，并用场发射扫描电子显微镜(Field EmissionScanning Electron Microscope，FESEM)对使用该润滑液下的钢球磨斑形貌进行了观察分析。 结果表明: 第一、用水下直流电弧放电法制备了大量纯度较高的单纯纳米洋葱状富勒烯，在一定范围内随着电流强度的增大纳米洋葱状富勒烯的产量和产率都有不同程度的提高，但当电流超过50A时，过高的电流值又会使阳极的消耗速度加快，产生细小的石墨碎片，使纳米洋葱状富勒烯的产率和纯度有所下降。 第二、通过酯化反应纳米洋葱状富勒烯能够被硬脂酸包覆；经过硬脂酸修饰后的纳米洋葱状富勒烯在润滑油中的分散性和稳定性得到了显著提高。 第三、纳米洋葱状富勒烯作为润滑油添加剂可有效的改善基础油的润滑效果，使其承载能力和抗磨性能都有很大的提高，浓度过大，承载能力和抗磨性反而下降；润滑油添加剂能够大大的缩短基础油的磨合时间。碳纳米管和纳米洋葱状富勒烯都具有一定的抗磨减磨性能，但是纳米洋葱状富勒烯在抗磨减磨性能上要优于碳纳米管。 根据纳米粒子抗磨添加剂作用机理，推测纳米洋葱状富勒烯可以起到支承负荷“滚珠轴承”的作用，从而能有效地提高减磨和抗磨能力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 纳米材料与润滑技术

1.3 新型碳材料

1.3.1 碳纳米管

1.3.2 中间相炭微球

1.3.3 碳纤维

1.3.4 碳分子筛

1.4 纳米洋葱状富勒烯

1.4.1 纳米洋葱状富勒烯的发现及结构特征

1.4.2 纳米洋葱状富勒烯的制备方法

1.4.3 纳米洋葱状富勒烯的基本性能

1.5 研究内容和目的

1.5.1 目前存在的问题和趋势

1.5.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 水下电弧放电法制备纳米洋葱状富勒烯的实验

2.1.1 实验原理

2.1.2 实验装置

2.1.3 实验原料

2.1.4 水下电弧放电法制备纳米洋葱状富勒烯的实验步骤

2.2 CVD制备纳米洋葱状富勒烯的制备实验

2.2.1 实验原理

2.2.2 实验装置

2.2.3 CVD制备内包Fe的纳米洋葱状富勒烯的原料

2.2.4 CVD制备内包Fe的纳米洋葱状富勒烯的实验步骤

2.3 纳米洋葱状富勒烯的高分子修饰实验

2.3.1 实验原理

2.3.2 实验设备

2.3.3 实验所需药品及试剂

2.3.4 实验步骤

2.4 结构分析和测试方法

2.4.1 X-射线衍射(XRD)

2.4.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)

2.4.3 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

2.4.4 热重分析(TGA)

2.4.5 拉曼散射(RAMAN)

2.4.6 傅立叶红外光谱分析(FT-IR)

2.5 纳米洋葱状富勒烯的摩擦性能测试的实验部分

2.5.1 实验原理

2.5.2 实验设备及条件

2.5.3 实验材料

2.5.4 实验步骤

第三章 纳米洋葱状富勒烯的结构表征

3.1 水下电弧放电法制备纳米洋葱状富勒烯

3.1.1 X-射线衍射分析

3.1.2 扫描电子显微分析

3.1.3 高分辨透射电子显微分析

3.1.4 拉曼光谱分析

3.1.5 热重分析

3.1.6 电流值对产物的影响

3.1.7 生长机理

3.2 CVD制备内包金属Fe的纳米洋葱状富勒烯

3.2.1 X-射线衍射分析

3.2.2 扫描电子显微分析

3.2.3 高分辨透射电子显微分析

3.2.4 热重分析

3.3 纳米洋葱状富勒烯的高分子修饰

3.3.1 引言

3.3.2 红外分析

3.3.3 稳定性

3.4 小结

第四章 纳米洋葱状富勒烯的摩擦性能研究

4.1 引言

4.2 纳米洋葱状富勒烯的摩擦性能研究

4.3 小结

第五章 结论

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文及研究成果