润滑介质中纳米颗粒表征新方法及团聚行为研究

Nano particle, used as lubricating additives, has becoming a hotspot in tribological researches over the years. Nano additives significantly improves lubricating performance, which effectively supported the upgrade and lifespan extension of the advanced equipment. Besides, the new type nano additives will also to some extent replace traditional ones in terms of environmental friendly. The premise of nano additives to show excellent tribological performance lies in the homogeneous dispersion in lubricating oil. Detailed information of a single nanoparticle can be obtained by using SEM/TEM and AFM. However, real dispersing state and the aggregation behavior of nano additives in oil could not be described by using the above methods. Further researches on the mechanism of dispersing and aggregation of nano additives in lubricating oil, as well as the influence of environmental variables are needed. In the present work, size distribution and shape of nano additives (and their aggregates) in lubricating oil are studied by the home-made multi-angle depolarized dynamic light scattering apparatus, supplemented by zeta potential test, rheological test, SEM/TEM measurement, etc. The mechanism of nano additive aggregation and its determinants are studied in detail, which will lay a foundation for the R&D, storage and application of nano additives.

近年来，纳米颗粒作为新型润滑添加剂成为了摩擦学领域的前沿研究热点。纳米颗粒添加剂一方面能显著提高润滑性能，为具有微纳润滑间隙的高端精密装备性能升级和寿命延长提供关键支撑，另一方面可取代和超越部分传统添加剂，以适应日益凸显的环境问题。纳米颗粒添加剂发挥优异摩擦学性能的前提在于其在润滑介质中的均匀分散。现有相关研究主要借助电镜、原子力显微镜等手段对颗粒微观结构进行细致分辨，却不能表征其在润滑剂中的真实存在形态，也并不能实时表征颗粒团聚行为。因此，需采用合适的手段对润滑剂中颗粒的真实存在状态及其在环境影响下的团聚行为进行探究。本项目基于自主研发的多角度偏振动态光散射装置，辅以zeta电位测试、剪切流变测试、电镜观测等手段，对“纳米颗粒/基础油”分散体系内的颗粒粒径分布及其形状进行准确测量表征，研究体系内的纳米颗粒团聚机理及其影响因素，为新型纳米颗粒添加剂的研发、保存及使用奠定理论基础。

近年来，纳米颗粒作为新型润滑添加剂成为了摩擦学领域的前沿研究热点。纳米颗粒添加剂一方面能显著提高润滑性能，为具有微纳润滑间隙的高端精密装备性能升级和寿命延长提供关键支撑，另一方面可取代和超越部分传统添加剂，以适应日益凸显的环境问题。纳米颗粒添加剂发挥优异摩擦学性能的前提在于其在润滑介质中的均匀分散。现有相关研究主要借助电镜、原子力显微镜等手段对颗粒微观结构进行细致分辨，却不能表征其在润滑剂中的真实存在形态，也并不能实时表征颗粒团聚行为。因此，需采用合适的手段对润滑剂中颗粒的真实存在状态及其在环境影响下的团聚行为进行探究。.本项目基于自主研发的多角度偏振动态光散射装置，对“纳米颗粒/基础油”分散体系内的颗粒粒径分布及其形状进行准确测量表征，研究体系内的纳米颗粒团聚机理及其影响因素，为新型纳米颗粒添加剂的研发、保存及使用奠定理论基础。重点研究了三种不同的纳米润滑添加剂溶液体系表观扩散系数随测量角度的变化规律，从而准确表征体系内颗粒的粒径尺寸分布，通过基于光强、数量与提及分布的粒径测量结果之间的关系，建立粒径分布的科学测量与分析方法，保证数据一致性与可靠性。在此基础上，探究了温度与力场对上述样品体系内颗粒团聚行为的影响及作用机制。在日常存储、运输、二次加工过程中，颗粒随温度与力场变化而发生的团聚为弱团聚，在一定程度上具有可逆性。采用退偏振动态光散射法分析了颗粒对入射激光偏振态的改变，从而一定程度上表征了粒径的非对称性；粒径较小、粒形分布较为均匀的体系可在一定范围内获得粒径粒形的测量值，而尺寸与形状分布过大的体系（分散性超过20%）则从数学角度很难获得精确的粒形测量值，建议基于大量测试数据样本的优化算法获得精细化的粒径分布，作为质量控制的参照。