石墨烯/稀土有机配合物复合润滑添加剂的设计、制备及摩擦学性能研究

Lubricant additive is the quintessence of modern lubricating oil. So it is very meaningful to research and develop new type of high efficient solid lubricant additive. Graphene can serve as an excellent candidate for novel lubricating materials with high efficiency and bright prospect due to its unique nature. But there is strong π-π interaction for the ultra thin two-dimensional structure of graphene, making it easy to agglomerate, which will restrict the effects of reduce friction and wear. To solve this problem, we will try to prepare the graphene/rare-earth organic complex for the purpose of enhancing the dispersibility of graphene in the base oil and improving its bearing capacity and role of reduce friction and wear. The chemical constitution and structure of graphene/rare-earth organic complexes have been designed. The load carrying, reduce friction and anti-wear capacities of the base oil added with various contents of graphene/rare-earth organic complexes will be studied by four-ball extreme pressure tester (MRS-1J) and Optimol SRV-IV oscillating reciprocating friction and wear tester under different test conditions (load, time and temperature). Moreover, the bearing capacity, reduce friction and anti-wear mechanism will be explained.

高性能润滑添加剂是现代工业润滑油的重要组成部分，因此研究开发新型高效的固体润滑添加剂具有非常重要的意义。石墨烯自身独特的性质使其成为前景广阔的新型高效润滑材料，但是其片层间强的π-π相互作用，使其很容易发生团聚，制约了其减摩抗磨作用的发挥。针对这一问题，本申请项目拟将石墨烯与稀土有机配合物相复合，实现其在基础油中均匀稳定分散目的同时，显著增强润滑油的承载和减摩抗磨性能。通过设计石墨烯/稀土有机配合物的化学组成和结构，以及调节石墨烯/稀土有机配合物在基础油中的添加含量和摩擦学性能测试条件（如载荷、时间和温度），结合四球摩擦试验机（MRS-1J）和微振动摩擦试验机（SRV-IV）考察石墨烯/稀土有机配合物复合材料对基础润滑油的极压承载和摩擦磨损性能的影响，揭示其在摩擦过程中的承载和减摩抗磨作用机理。

石墨烯自身独特的性质使其成为前景广阔的新型高效润滑材料，但是其片层间强的π-π相互作用，使其很容易发生团聚，制约了其减摩抗磨作用的发挥。针对这一问题，我们将石墨烯与稀土有机配合物相复合，实现了其在基础油中均匀稳定分散，同时显著增强润滑油的承载和减摩抗磨性能。通过设计石墨烯/稀土有机配合物的化学组成和结构，以及调节石墨烯/稀土有机配合物在基础油中的添加含量和摩擦学性能测试条件（如载荷、时间和温度），考察石墨烯/稀土有机配合物复合材料对基础润滑油的极压承载和摩擦磨损性能的影响，揭示其在摩擦过程中的承载和减摩抗磨作用机理。研究结果表明，添加Eu(Phen)(OA)3的基础油的寿命长于添加Ce(Phen)(OA)3。Eu(Phen)(OA)3非常少量（0.06%）的添加即可使极压性比基础油提高150%，添加Eu(Phen)(OA)3的磨损体积比基础油减少93%；此外，添加Eu(Phen)(OA)3的磨损体积占添加Ce(Phen)(OA)3的约24%。通过水热法调节GO胶态悬浮液前驱体的比例，合成了均匀分散的铕-1,10-菲啰啉-油酸/石墨烯复合材料（RGO/Eu(Phen)(OA)3），复合材料既包含石墨烯的润滑性能，又拥有Eu(Phen)(OA)3优异的抗磨损性能。制备的复合材料在基础油聚α烯烃中具有良好的分散稳定性，摩擦系数降低不显著，然而基础油的寿命大大延长，并且优于商用添加剂二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）；同时，添加适量（0.08%）的RGO/Eu(Phen)(OA)3可使钢球上的磨斑面积减少约56%，磨损体积/磨损率较之ZDDP减少约37%。成功制备了还原石墨烯与柠檬酸修饰的氟化镧（rGO/LaF3）复合材料，并研究了其在水溶液中的分散稳定性和摩擦学性能。相比单一的还原石墨烯，复合材料在静置15天后未发现明显的沉降现象，而还原石墨烯几乎完全沉淀。相比纯水，添加rGO/LaF3复合材料（0.1 wt.%）后表现出了减摩和抗磨的作用，其中抗磨效果更为明显。上述研究进展和结果给出了改善石墨烯在基础油中稳定分散性能的新思路，为后续研究石墨烯作为润滑添加剂及其推广应用提供了理论和实践依据，具有重要的指导意义。