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碳纳米管复合超分子凝胶润滑剂的制备及其性能研究

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随着社会的日益进步，生活水平的逐步提高，能源以及环境保护问题显得极为重要。因此，开发并研制具有绿色无污染且减摩抗磨性能优良的润滑材料具有很重要的意义。其中，碳纳米管作为碳基材料的一种，具有绿色无毒、化学稳定、摩擦学性能良好等特点，使其成为环保型润滑添加剂的典型代表之一。然而，由于碳纳米管具有较大的比表面积和比表面能，使其在润滑油中极易发生团聚和沉降，从而限制了其应用。为了解决这一问题，很多研究者采用表面物理或化学修饰纳米颗粒。修饰后的纳米颗粒的分散性均有所提高，但是都不能长期稳定的存在于润滑油中，此外化学修饰的方法需要较繁复的步骤会大大的增加了纳米颗粒的生产成本，从而限制了其广泛应用。近年来，我们课题组将超分子自组装用于润滑材料的设计，发展了一类新型润滑材料—超分子凝胶润滑剂，其是凝胶因子通过分子间的非共价作用发生超分子自组装形成三维网络结构，从而把基础润滑液束缚于内部结构中形成半固态凝胶。，我们利用超分子凝胶的限域效应用于解决纳米颗粒的分散稳定性问题，制备并研究了碳纳米管复合超分子凝胶润滑剂的自组装过程和摩擦学性能。研究结果表明，凝胶的三维网络结构很好地限制了纳米颗粒在润滑油中的自由移动，从而有效地解决了纳米颗粒在润滑油中分散稳定性差的问题。通过实验和分子动力学模拟相结合的方式研究了复合体系的自组装过程。除此以外，通过对此润滑材料的热分析、摩擦学等性能所进行的一系列的表征，发现碳纳米管复合超分子凝胶润滑剂具有较好热稳定性能以及优异的润滑和抗磨效果。纳米复合凝胶润滑剂之所以具备这么优异的摩擦学性能主要归结于凝胶因子在界面形成了有效的保护膜和碳纳米管发挥微“滚动”轴承的作用。该复合超分子凝胶润滑材料具有凝胶润滑剂和纳米颗粒双重优异的摩擦学特性，很有希望被发展成一类新型润滑材料。