两种修饰还原氧化石墨烯的制备与润滑性能研究

摘要

石墨烯因其出色的机械性能和独特的薄层结构，具有优异的润滑性能，是一种极有应用前景的润滑添加剂。然而，石墨烯的分子结构导致其容易在基体液中产生不可逆转的团聚，这极大地阻碍了石墨烯的应用和发展。因此，石墨烯作为润滑添加剂的研究大多聚焦通过修饰改性提高分散稳定性。　　本论文以氧化石墨烯作为原料，分别选用聚氧乙烯月桂醚和聚多巴胺对其进行表面修饰，再通过化学还原方法，制备了两种功能化石墨烯PEGME-RGO和PDA-RGO，利用多种分析测试方法对其结构和分散性进行表征分析，在UMTTriboLab多功能摩擦磨损试验机上采用球-面接触模式的往复滑动摩擦磨损试验，考察两种修饰还原石墨烯作为水基润滑添加剂的润滑性能。此外，基于口腔唾液吸附膜的润滑性能与其双层膜结构密切相关，通过改变PEGME-RGO和PDA-RGO在单晶硅表面的吸附顺序，设计了两种石墨烯复合吸附膜，利++0100用宏、微观摩擦学手段对其润滑性能进行了研究，旨在为工程仿生润滑提供新思路。取得的主要结果和结论如下：　　(1)PEGME-RGO和PDA-RGO均为少层石墨烯，具有良好的成膜性和抗聚沉能力，二者在水中具有较好的分散稳定性。这是因为石墨烯表面接枝聚氧乙烯月桂醚或者聚多巴胺后，石墨烯的层间距增大，阻隔了石墨烯分子间的直接接触，从而有效抑制石墨烯团聚。　　(2)PEGME-RGO和PDA-RGO可以作为水基润滑添加剂使用，其润滑性能与浓度密切相关。PEGME-RGO质量分数为0.03wt.%时的润滑性能最佳，PDA-RGO质量分数为0.05wt.%时的润滑性能最佳。PEGME-RGO和PDA-RGO两种改性石墨烯复配后的润滑效果无明显改善。　　(3)PEGME-RGO和PDA-RGO在单晶硅表面的吸附顺序会显著影响石墨烯吸附膜的结构和润滑性能。其中，吸附能力强的PDA-RGO先吸附、承载力强的PEGME-RGO后吸附，可以在单晶硅表面形成类唾液膜双层膜结构的石墨烯吸附膜，减摩抗磨性能优异。

目录

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第1 章绪论

1.1 引言

1.2 石墨烯及其前驱体

1.2.1 石墨烯简介

1.2.2 石墨烯的润滑性能

1.2.3 氧化石墨烯

1.3 提高石墨烯分散性的方法

1.3.1 物理分散

1.3.2 分散剂

1.3.3 氧化石墨烯修饰还原

1.4 GO修饰还原研究现状

1.5 选题意义和研究内容

1.5.1 选题意义

1.5.2 研究内容

第2 章 试验方法和材料

2.1 力学性能表征和摩擦学测试

2.1.1 纳米压痕/划痕试验

2.1.2 膜基结合强度测量

2.1.3 往复滑动摩擦磨损试验

2.2 摩擦副材料

2.3分析测试方法

第3章两种修饰还原氧化石墨烯的制备与表征

3.1 化学试剂和试验仪器

1、化学试剂

2、仪器设备

3.2 两种修饰还原氧化石墨烯的制备

3.2.1 聚氧乙烯月桂醚修饰的还原氧化石墨烯

3.2.2 聚多巴胺修饰的还原氧化石墨烯

3.3表征与分析

3.3.1 结构分析

3.3.2 形貌分析

3.3.3 层数分析

3.3.4 分散性

3.4 本章小结

第4章两种修饰还原氧化石墨烯的润滑性能研究

4.1 试验方法

4.2 PEGME-RGO 的润滑性能

1、减摩作用

2、抗磨作用

4.3 PDA-RGO的润滑性能

1、减摩作用

2、抗磨作用

4.4 PEGME-RGO 和 PDA-RGO复配的润滑性能

1、减摩作用

2、抗磨作用

3、综合对比

4.5 本章小结

第5 章仿唾液膜双层膜结构的石墨烯吸附膜及其润滑性能研究

5.1 试验方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 吸附膜形貌

5.2.2剪切粘附能

5.2.3法向承载力

5.2.4润滑性能

5.3 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果