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      研究前沿:以烯為源,共碳未來。極熱科技研發團隊成功研制石墨烯基潤滑材料

      時間:2024-01-04   訪問量:1224

       極熱科技研發團隊運用自有技術將石墨烯表面改性,研發出石墨烯碳納米復合材料,能均勻分散在潤滑油中,不沉淀、不團聚、不分層,隨著機油的流動,在高溫和高壓的作用下,使金屬表面和碳元素發生反應,相當于在氣缸和活塞表面鍍上一層“石墨烯膜”,鍍膜后的金屬表面會恢復平整及硬度會大幅增加,同時不易受到化合物溶液的腐蝕,將原來的金屬表面摩擦變成石墨烯片層與石墨烯片層之間的摩擦,由于石墨烯0.004超低摩擦系數、超強的硬度等特性,可以為發動機提供持久長效的潤滑保護,減少機械表面磨損,提升氣缸密閉性,恢復缸壓,使燃油燃燒更為充分,起到修復引擎、提升動力、節省燃油、減少有害尾氣排放的效果。

        極熱科技研發團隊成功實現石墨烯復合潤滑添加劑批量化低成本制備,解決了石墨烯在工業油品和有機基體中的應用難題,并建立基于石墨烯潤滑劑的表界面潤滑理論模型,借此打造了具有自主知識產權的多功能復合潤滑添加劑,有望打破路博潤(Lubrizol)、潤英聯(Infineum)、雪佛龍奧倫耐(Chevron Oronite)和雅富頓(Afton)四大添加劑公司對于復合劑的技術壟斷。



        何為石墨烯復合潤滑添加劑?研制中有哪些難點?

        業內人士介紹,由于能實現機械部件表面磨損與腐蝕防護,潤滑油脂存在著巨大的市場需求。其中,石墨烯憑借出色的力學性能、較高的載流子遷移率等優勢,成為當下大熱的先進材料,用于研發高性能潤滑材料或潤滑添加劑。

        “我國是潤滑材料的生產與消費大國,但多傾向于生產制造傳統潤滑油脂,高性能復合潤滑添加劑的研發技術被國外壟斷?!?/span>極熱集團董事長曹達平說,團隊為此將研究方向對準石墨烯基復合添加劑的研制及其強化潤滑油膜調控,以石墨烯為潤滑油添加劑,讓它穩定均勻分散在潤滑油中。

        為實現目的,本次研究重點在于“調”,主要分為調控和調制。

        先看調控。一直以來,石墨烯類材料在潤滑油中應用存在難分散、易團聚的難題。“調控的目的是要將潤滑油中的石墨烯打散,實現高度彌散及長期分散穩定性?!?/span>極熱研究院院長黃慶說。

       起初,團隊多次嘗試通過電場、磁場來調控,但發現局部可以實現,但整體效果不佳,大范圍應用難?!拔覀兓氐讲牧媳旧?,通過內部原子雜化和表面有機基團調控,實現石墨烯層數和結構與組分的可控性,從而攻克了其在潤滑油品中的應用瓶頸?!?/span>極熱集團董事長曹達平說。

        再者,石墨烯等二維納米材料應用于涂料外涂裝時,如何實現在涂層中大面積定向排列又是一大難題。

        這主要難在涂料調制上,猶如果粒橙飲料,喝之前要搖一搖一樣,要把復合潤滑添加劑“搖勻”并賦予其電、磁等性能,才能定向地噴涂在高端裝備及其零部件表面。

        近日,極熱科技研發團隊極熱研究院院長黃慶等以低共熔溶劑(由氯化膽堿和乙二醇制成)插層氧化石墨烯(DES-GOs)構筑了三明治結構的復合潤滑添加劑,低共溶溶劑(DESs)與氧化石墨烯納米片間以氫鍵網絡鏈接;在PEG 200中分散穩定性優異,120 d無沉淀;導電性能優異的DES-GOs添加后,其平均摩擦系數和磨損體積比PEG200分別降低了38.2%和91.3%,這歸功于功能化石墨烯的高分散穩定性、致密摩擦膜的形成、弱的層間剪切效應。

         “調”的結果顯而易見。記者看到,實驗室里擺放著一瓶瓶試劑瓶,里面裝的便是石墨烯齒輪油、石墨烯液壓油等石墨烯復合潤滑添加劑產品,液體呈油性,顏色為碳黑色,倒過來一看,沒有任何沉淀,石墨烯與潤滑油完全融為一體。極熱集團董事長曹達平說,“調”后成功實現無機物與有機物的界面融合,突破了石墨烯類材料在潤滑油中應用難分散、易團聚的難題,形成了自主知識產權的復合潤滑劑技術。

         極熱科技研發團隊預計,本次研制的石墨烯類潤滑材料能給機械部件帶來一系列的性能優勢,比如高負荷下較低的機械應力、遇到雙向摩擦也不會出現過早疲勞、確保機器部件擁有較長的使用周期等。

        借助離子液體結構的可調控性而給予的性能優勢,開展了咪唑基和季鏻基離子液體改性石墨烯及其衍生物組分結構、分散穩定性和潤滑機理研究。

         憑借偶聯劑的組成與結構優勢,研制了面向工業礦物油、合成油(PAO、PEG和酯類油)用的油性石墨烯潤滑添加劑,揭示了其構性關系。

        構筑了石墨烯及其衍生物量子點、異質結結構,依托小尺寸與結構優勢,實現優良分散穩定性與摩擦學性能的調控性。 


        采用進口基礎油、進口添加劑和獨有石墨烯碳納米復合材料調制而成,滿足國五、國六排放潤滑要求,適用于汽油發動機,針對怠速抖、啟動難、油耗高、噪音響、震動大、尾氣黑六大車癥,改善效果明顯,是自然吸氣、缸內直噴、渦輪增壓等車輛引擎的優選。

        隨著機械運動工況的極端化發展,要求潤滑劑必須突破多環境適應性、極端使役的性能穩定性和持久性等諸多技術瓶頸。眾所周知,石墨烯因其特有的結構與性能優勢,在眾多領域展現了良好的應用前景,特別是其優異的力學性能、高的載流子遷移率、熱/化學穩定性、低剪切等優勢,特別適合作為極端工況應用的潤滑添加劑,但其與基礎油相容性弱、易團聚沉降嚴重影響了潤滑應用。因此,圍繞石墨烯潤滑應用的技術瓶頸,開展了大量石墨烯尺寸與結構調控和表面功能化的研究,以期實現在基礎油中良好的分散穩定性和發揮優異的減摩、抗磨性能。 

             不僅在國內市場受到好評,也收獲了國際友人的強烈推薦。在極熱科技研發團隊看來,石墨烯材料可發展系列優異的防護材料,并運用在高端設備上。極熱集團董事長曹達平說:“更好地助力建設‘交通強國’,我們接下來將更加聚焦于研究磨損與腐蝕防護技術?!?/span>

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