521 / 2023-03-13 12:25:09

极端环境碳纳米材料结构演变对摩擦界面行为的影响机理

碳纳米材料；聚酰亚胺；摩擦学性能；转移膜，极端环境

摘 要：碳纳米材料由sp、sp²及sp³杂化形成不同的结构，在极端环境下的摩擦服役过程中易发生结构与性能演变，可改善复合材料的摩擦学性能。本工作将多壁碳纳米管(CNT)及富勒烯碳(C60)不同维度的碳纳米材料加入聚酰亚胺中，系统研究了碳纳米材料填充聚酰亚胺复合材料在高低温及真空辐照环境下的摩擦学性能。考察了辐照前后复合材料的纳米力学性能，结果表明辐照之后材料的硬度和模量均有提高。摩擦学结果证实多壁碳纳米管的加入降低了辐照后聚酰亚胺复合材料的摩擦系数。特别是，添加1.0wt%CNT使摩擦系数降低了约58.8%。转移膜的FIB-TEM分析表明，聚合物和无定形碳促进了摩擦膜的生长，提高了复合材料的润滑性能。高低温环境中，添加1.0wt%C60可显著提高纯PI的摩擦学性能，分子动力学模拟表明，由于分子间力的降低，C60使PI的剪切更容易。本工作重点揭示了极端环境中碳纳米材料对摩擦界面物理化学行为的影响，阐释了碳纳米材料结构演变与转移膜结构与性能的内在联系，为自润滑复合材料的设计提供了理论依据，为构筑一种耐极端环境摩擦系统奠定技术支撑。