多羟基化氧化石墨烯润滑添加剂摩擦学性能探究

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近年来,由于石墨烯优异的摩擦学性能,这一新兴的碳纳米材料在摩擦领域越来越吸引眼球。然而由于石墨烯极易团聚,使得它在水介质中难以稳定分散。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种衍生产物,同样是由大量的单层石墨烯构成,拥有二维平面结构,具有自润滑的性质,在摩擦过程中可以进入摩擦副之间,吸附在摩擦副的表面,防止金属摩擦副之间的直接接触,并通过碳层之间的相对滑移,减弱摩擦副间的摩擦。同时,GO中还有大量的含氧官能团,会大大增加GO在水介质中的分散性,使其能够形成稳定的水分散液从而起到一定的润滑效果。然而GO边缘处的羧基在摩擦过程中会腐蚀金属摩擦副,造成腐蚀磨损,这会对GO作为添加剂的性能产生影响。我们可以利用醇类物质与GO上的羧基进行酯化反应,减少GO上羧基的含量,从而达到减弱腐蚀磨损的效果。本文利用改进的Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO),并将其与甘油反应制备了一种多羟基化氧化石墨烯(GOOH-G)。通过傅里叶红外光谱(FTIR),原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对GO和GOOH-G进行表征。考察了GO和GOOH-G在水介质中的稳定性,抗腐蚀和抗磨减摩性能;并用SEM和能谱仪(EDS)考察了其磨斑形貌及摩擦膜的化学组成。同时,还利用GO与乙二醇反应制备了另一种多羟基化氧化石墨烯(GOOH-E)。本文主要研究内容与结果探讨如下:1.合成了两种多羟基化氧化石墨烯(GOOH-G&GOOH-E)两种多羟基化氧化石墨烯的结构示意图如下:2.研究了GO、GOOH-G、GOOH-E在水介质及聚乙二醇体系中的摩擦学性能。实验结果表明:GOOH-G相比于GO,其在水介质中的稳定性相似,抗腐蚀性能更好,具有更好的摩擦学性能,且使用GOOH-G添加剂以后的摩擦副表面的C元素含量较GO更多,说明其能更好的吸附到摩擦副表面起到抗磨减摩的作用。GOOH-E由于其与聚乙二醇更好的相似相溶性,导致了更为优异的摩擦学性能。
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