【摘 要】
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随着全球工业化、城市化进程的快速推进,机械装备面临的摩擦磨损问题日益严峻。润滑是降低摩擦和磨损最有效的方法,使用润滑剂对于减小界面摩擦和磨损具有重要意义。其中,液体润滑剂具有流动性好、冷却能力强等优点,因而应用最为广泛。石墨烯作为一种新型二维材料,具有原子级光滑表面和超高的机械强度、导电率、导热率和比表面积,有望实现接触界面的超低摩擦和磨损。然而,石墨烯作为无机非金属材料与水和润滑油天然不相容,极
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51705435,No.51805455）； 四川省科技厅重点项目（No.2018JZ0048）；
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随着全球工业化、城市化进程的快速推进,机械装备面临的摩擦磨损问题日益严峻。润滑是降低摩擦和磨损最有效的方法,使用润滑剂对于减小界面摩擦和磨损具有重要意义。其中,液体润滑剂具有流动性好、冷却能力强等优点,因而应用最为广泛。石墨烯作为一种新型二维材料,具有原子级光滑表面和超高的机械强度、导电率、导热率和比表面积,有望实现接触界面的超低摩擦和磨损。然而,石墨烯作为无机非金属材料与水和润滑油天然不相容,极易因范德华力和π-π相互作用发生团聚,难以分散在润滑介质中。此外,在重力作用下,石墨烯团聚物会迅速沉降,无法发挥石墨烯应有的润滑特性。基于此,本文选取1-乙基-3-甲基咪唑二腈胺盐（EmimN（CN）2）和三己基十四烷基磷双（2-乙基己基）磷酸盐([P66614][DEHP])离子液体作为改性剂,分别对多层氧化石墨烯（multilayer graphene oxide,MGO）和石墨烯进行功能化改性,制备具有水溶性和油溶性的改性石墨烯,并对其制备机理、化学及形态结构、分散稳定性和摩擦学性能进行研究。最后,通过对磨痕、磨斑和磨屑进行表征和分析,研究离子液体改性石墨烯的润滑机理。主要研究内容和结论如下:（1）以EmimN（CN）2作为MGO的插层剂和改性剂,通过简单的搅拌法,成功制备了EmimN（CN）2改性GO（GO-EmimN（CN）2）。相较于MGO,GO-EmimN（CN）2具有更高的剥离度,在水中呈现单层结构,且拥有更加优异的分散稳定性和再分散性。此外,以[P66614][DEHP]作为石墨烯的改性剂,通过简单的机械研磨法制备了[P66614][DEHP]改性石墨烯([P66614][DEHP]-G)凝胶,[P66614][DEHP]-G凝胶具有优异的热稳定性,且能长期稳定分散于非极性矿物油（150N）。（2）GO-EmimN（CN）2作为水基润滑添加剂,显著降低了GCr15轴承钢的磨损。与纯水相比,其磨损率和磨损宽度分别降低了74%和40%,与MGO相比,分别降低了53%和45%。[P66614][DEHP]-G作为矿物油添加剂,极大提高了基础油的摩擦学性能:[P66614][DEHP]-G油的承载能力是基础油的6倍,其磨损量相较于纯油、石墨烯和[P66614][DEHP]油分别减少了85%、55%和51%。重要的是,[P66614][DEHP]-G可在高温和高负载工况下有效避免摩擦副的卡咬。（3）GO-EmimN（CN）2和[P66614][DEHP]-G优异的摩擦学性能归因于摩擦界面上易剪切的石墨烯自润滑膜、致密的沉积膜和摩擦化学膜的协同润滑效应。（4）GO-EmimN（CN）2和[P66614][DEHP]-G的制备工艺简单、条件温和、环境友好,制得的GO-EmimN（CN）2和[P66614][DEHP]-G具有优异的分散稳定性和润滑性能,可应用于水/油的高性能润滑添加剂,替代传统的MGO和石墨烯材料。
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