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表面活性剂可以形成多种类型的分子有序组合体,在生命、能源、信息及材料等领域发挥着重要作用。作为分子有序组合体的重要类型之一,层状液晶在微化学反应、材料制备、生命科学和润滑等领域得到了广泛的研究与应用。传统的层状液晶是由表面活性剂、助表面活性剂(通常是中等碳链长度的直链醇)与水生成,有较好的润滑性能。离子液体是一种绿色溶剂,自身具有良好的润滑性能和较好的两亲性,以其作为助表面活性剂与表面活性剂复配可以生成具有良好润滑性能的层状液晶。纳米粒子由于小尺寸效应,通常也具有一定的润滑性能。例如,石墨烯纳米片与二氧化硅纳米粒子在水基和油基润滑材料中各自均可作为添加剂,能有效提高水基与油基润滑剂的润滑性能。本论文首先以具有一定稳定性与润滑性能的传统层状液晶体系Triton X-100/n-C10H21OH/H2O作为基体,然后分别以离子液体作为助表面活性剂,以石墨烯纳米片、二氧化硅纳米球作为添加剂,制备了Triton X-100/咪唑离子液体/石墨烯/二氧化硅复合层状液晶,有效地提高了层状液晶中表面活性剂分子的有序度,大幅增强了层状液晶体系的润滑性能。论文主要分为以下五个部分:1.首先,以传统助表面活性剂n-C10H21OH为助剂制备了Triton X-100/n-C10H21OH/H2O体系层状液晶,并研究了其层状液晶结构与润滑性能。然后,以具有良好润滑性能及两亲性的离子液体1-烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(CnmimPF6)和1-烷基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(Cn mimNTf2)为助表面活性剂逐步取代n-C10H21OH构筑了 Triton X-100/n-C10H21OH/CnmimPF6(CnmimNTf2)/H20体系层状液晶,并利用小角X射线散射和摩擦磨损测试,研究了咪唑离子液体和阴离子种类对层状液晶体系微观结构的影响及层状液晶微结构变化与摩擦性能之间的关系。结果表明,以CnmimNTf2和CnmimPF6为助表面活性剂逐步取代n-C10H21OH均能提高层状液晶的稳定性及润滑性能,但CnmimNTf2体系层状液晶表现出更好的稳定性和润滑性能。2.基于上述结果,以C,,mimNTf2为助表面活性剂制备了Triton X-100/CnmimNTf2/H20层状液晶。利用偏光显微镜、小角X射线散射和核磁共振波谱系统研究了CnmimNTf2含量及其烷基链链长n对层状液晶结构的影响,通过流变学方法研究层状液晶的机械性能与触变性,并利用摩擦磨损测试研究了离子液体CnmimNTf2含量和链长对层状液晶摩擦学性能的影响。研究结果表明,与Triton X-100/n-C10H21OH/H2O体系层状液晶相比,Triton X-100/CnmimNTf2/H2O层状液晶体系层状液晶具有更好的稳定性与润滑性能,可以作为后续研究的基体。3.石墨烯具有超薄的片层结构、优异的力学性能和润滑性。本章在Triton X-100/CnmimNTf2/H2O层状液晶中引入石墨烯片,制备了Graphene/Triton X-100/CnmimNTf2/H2O复合层状液晶,研究了石墨烯的存在对Triton X-100/CnmimNTf2/H2O层状液晶体系结构与润滑性能的影响。通过流变学方法测试Graphene/Triton X-100/CnmimNTf2/H2O层状液晶在剪切过程中层状液晶结构的变化和蠕变恢复能力。通过摩擦学性能测试找出具有最佳润滑性能的石墨烯复合层状液晶体系。利用拉曼光谱和光电子能谱分析磨损后的磨斑表面元素,结合层状液晶结构参数与润滑性能之间的变化规律,探讨了 Graphene/Triton X-100/CnmimNTf2/H2O复合层状液晶体系的润滑机理。结果表明,石墨烯的存在有效地增加Triton X-100/CnmimNTf2/H2O体系层状液晶的润滑性能。4.二氧化硅纳米粒子作为经济性好且环保的纳米材料,在摩擦学领域特别是其作为润滑油添加剂的应用受到了广泛的关注。本章将二氧化硅纳米粒子引入到Triton X-100/C16mimNTf2/H2O层状液晶中,制备了含有二氧化硅纳米粒子的复合层状液晶,研究了二氧化硅纳米粒子的浓度与粒径对层状液晶结构的影响。通过摩擦磨损试验测试二氧化硅复合层状液晶体系的润滑性能并找出最佳粒径、最佳浓度的二氧化硅层状液晶体系,利用光电子能谱分析磨损后的磨斑表面元素化学状态,探讨了SiO2/Triton X-100/C16mimNTf2/H20层状液晶的润滑机理。结果表明,二氧化硅纳米粒子的存在有力提升了Triton X-100/C16mimNTf2/H2O体系层状液晶的润滑性能。5.为综合层状液晶、石墨烯、二氧化硅纳米粒子各自的润滑优势,同时将石墨烯纳米片、二氧化硅纳米粒子与Triton X-100/CnmimNTf2/H2O层状液晶复配,制备Graphene/Si02/Triton X-100/C 16mimNTf2/H20复合层状液晶。系统研究了该复合体系层状液晶的结构参数、有序参数以及摩擦学性能与石墨烯浓度以及二氧化硅粒径之间的关系,结合拉曼光谱和光电子能谱,分析复合层状液晶的润滑机理。结果表明,石墨烯与二氧化硅纳米粒子的复合大幅度提升了Triton X-100/C16mimNTf2/H2O体系层状液晶的润滑性能。本研究为新型离子液体基复合层状液晶绿色润滑剂的设计提供了新的思路。