石墨烯是一种由碳原子构成的二维层状材料,具有层间剪切强度低的特点,作为固体润滑剂具有广阔的应用前景。目前石墨烯摩擦学方面的研究主要集中在微观尺度下的减摩特性,有关石墨烯在宏观尺度下作为耐磨减摩材料应用的研究还不多。传统制备石墨烯薄膜的方法如机械剥离法、化学气相沉积法等也无法满足石墨烯作为宏观摩擦学材料的应用需求。本文致力于实现石墨烯作为固体润滑剂在宏观摩擦学领域的应用,围绕宏观石墨烯涂层的制备及其摩擦学性能展开研究,并针对石墨烯与基体间结合力较弱这一问题,借鉴仿生涂层制备方法的研究思路,提出采用贻贝粘蛋白作为粘连介质实现石墨烯片层与基体之间基于化学交联的强结合作用,制备一种创新的石墨烯/贻贝粘蛋白复合涂层并对其摩擦学性能加以研究。主要研究内容包括:(1)电泳沉积石墨烯涂层的制备。采用电泳沉积法在硅片、硬质合金、不锈钢、钛合金表面成功制备石墨烯涂层。从石墨烯片层的分散修饰、涂层均匀性仿真优化、电泳沉积工艺参数对涂层覆盖率及结构形貌的影响等方面展开电泳沉积法制备石墨烯涂层的工艺研究,成功地在多种工程材料表面制备了均匀、结构可控的石墨烯涂层,为石墨烯涂层在宏观摩擦学中作为固体润滑剂应用提供了制备理论基础。(2)电泳沉积石墨烯涂层的摩擦学性能及机理研究。采用球盘往复式摩擦实验方法对硅片、硬质合金、不锈钢、钛合金等常见材料表面的石墨烯涂层的宏观摩擦学性能进行了研究,阐述了石墨烯涂层的连续性、表面形貌、厚度、微观结构以及基体材料对其摩擦学性能的影响。结果表明:不同基体上的石墨烯涂层均具有良好的减摩性能,能将基体表面摩擦系数大幅降低至0.1左右;覆盖率不足的涂层摩擦系数略高于0.1,且容易快速失效;低电压下制备的石墨烯涂层承载能力较好。此外还通过研究摩擦过程中界面变化探究了宏观尺度下电泳石墨烯涂层的减摩和失效机理,为电泳沉积石墨烯涂层的性能调控及其作为宏观摩擦学涂层的应用提供了理论基础。(3)基于贻贝粘蛋白的石墨烯涂层的制备及摩擦学性能研究。先通过浸泡法在基体表面粘附一层贻贝粘蛋白膜作为中间层,再通过电泳沉积法制备一层石墨烯涂层,得到石墨烯/贻贝粘蛋白复合涂层。采用拉曼光谱、傅里叶变换衰减全反射红外光谱等检测手段,对石墨烯、贻贝粘蛋白及基体间的连接机制进行了详细的表征。采用摩擦试验方法对复合涂层的宏观摩擦学性能进行了研究,实验结果表明作为中间层的贻贝粘蛋白能够显著提高石墨烯涂层的服役寿命(约70倍)。通过表征三者间的连接机制阐述了贻贝粘蛋白在增强石墨烯涂层与基体间结合力、延长石墨烯涂层服役寿命方面的重要作用及机理,初步验证了石墨烯涂层作为宏观减摩涂层具有广阔的应用前景。