2D WS2纳米润滑材料的制备及其摩擦行为研究

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近年来,随着工业技术的进步,对于新的固体润滑的需求随着机器输出,转速,滑动速度,负载的增加以及在诸如高温和真空的恶劣环境中的使用而增加。二硫化钨(WS2)纳米片作为固体润滑剂在物理性质方面具有显着特征。然而,二维(2D)纳米材料制备成本高,工艺复杂,分散稳定性差等阻碍了其在摩擦领域的进—步应用。因此,寻找低成本的制备方法,设计新颖的纳米结构是拓宽纳米材料润滑领域的必要措施。本论文采用自上而下的剥离技术,对WS2材料进行尺寸和厚度上的调控,并对其作为润滑剂添加剂进行了摩擦行为研究,主要内容如下:(1)介绍了一种简便且高质量的少层WS2纳米片的微波辅助超声剥离工艺。以碳酸铵((NH4)2CO3)为膨胀剂,对预浸渍的块状WS2粉末进行微波膨胀处理,利用碳酸铵溶液受热分解产生的小分子气体将WS2片层初步剥离,然后在二甲亚砜(DMSO)的液相超声中获得了 WS2纳米片。此方法快速、高效且低成本,剥离的WS2纳米片具有400 nm的平均横向尺寸和3层的均匀厚度。摩擦性能研究表明,WS2纳米片能够在滑动表面形成良好分布的沉积膜,仅1.0 wt.%的润滑剂添加量,其减磨-抗磨性能就明显改善。(2)开展了一种对WS2量子点进行的水热辅助研磨剥离过程。以磷酸为热处理溶剂,在高温高压作用下,磷酸根的强配位能力破坏WS2纳米片内的共价键,最后在乙醇溶剂的湿磨下获得了小尺寸的WS2量子点。剥离的WS2量子点为单层,横向尺寸低于10nm,表现出很强的光致发光性。该纳米结构在润滑剂中具有良好的分散稳定性,可以显著降低摩擦系数,尤其是,当润滑脂中添加1 wt.%的WS2量子点时,相对于纯润滑脂,摩擦系数和磨损体积分别改善了36.73%和92.54%。(3)对本论文WS2纳米片的剥离过程进行优化,对放大工艺进行重复性考察。在市场现有的WS2纳米片制备方法及成本基础上,根据当地社会经济条件,对剥离的WS2纳米片进行成本核算。通过调查研究发现,本工艺剥离的WS2纳米片原料成本为1.3元/g,这有望经过工厂改良及试生产成为WS2纳米片商业化的新途径。
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