石墨烯摩擦係數歷史最低將推動工業上的潤滑系統改革

石墨烯因具有高機械強度、超薄的厚度、原子級光滑表面及較低的層間剪切阻力,在固體潤滑領域受到了廣泛的關注。此外,石墨烯具有化學惰性,對水和空氣防滲透,因此可以保護滑動表面免受腐蝕和氧化。

然而工業上的潤滑系統使得成本不斷提升,人們為了改變這一問題正不斷探索,為了滿足實際需求,如何製備大面積、高質量、易於轉移與低成本的石墨烯,並將其作為固體潤滑劑用於建造低摩擦和低磨損的潤滑系統,是石墨烯摩擦學研究面臨的挑戰。

石墨烯摩擦係數歷史最低將推動工業上的潤滑系統改革

有研究人員製備了大面積石墨烯薄膜並將其應用於宏觀尺度的石墨烯摩擦學研究,包括薄膜厚度、施加正向載荷及退火過程對石墨烯摩擦性能的影響。此工作中石墨烯薄膜同時轉移至球盤摩擦副表面,並在宏觀尺度下實現了石墨烯相對石墨烯的相對滑動,並獲得了最低為0.05的摩擦係數。

此研究中的石墨烯片層是用電化學剝離法從天然石墨片製備而得。首先將裝滿石墨片的容器置於硫酸和氫氧化鉀的電解液中,施加電流讓系統開始剝離反應。幾小時後,由於石墨烯的產生,電解液的顏色變成黑色。

石墨烯摩擦係數歷史最低將推動工業上的潤滑系統改革

通過過濾和洗滌的方式收集石墨烯樣品,再將其重新分散在乙醇中。將石墨烯-乙醇溶液注射於去離子水錶面上,由於相互作用,石墨烯片層會互相粘合,在去離子水錶面形成大面積的、具有結構均勻性和良好轉移性的自組裝石墨烯薄膜。

石墨烯摩擦係數歷史最低將推動工業上的潤滑系統改革

該工作基於石墨烯薄膜自組裝製備了一套新穎的潤滑系統,表現出顯著的耐磨性和減阻性能。隨著正向載荷的增加而增加,處理能力顯著提高石墨烯薄膜的摩擦性能。同時該系統也有望在其他固體潤滑領域中得到廣泛應用。


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