Page 26 - 《摩擦学学报》2020年第3期
P. 26
292 摩 擦 学 学 报 第 40 卷
构的平面吸收峰，证明酸处理后MWCNTs的管状结构 cosθ = (γ sV −γ sL )/γ (1)
得到了保存，这是管内能够填充油酸的前提. 图2(d) P = 2γcosθ/r (2)
中，油酸的基团−CH −、−COOH的特征吸收峰2 927 和 式中：θ为液-固界面接触角，γ为液体表面张力，γ 为
2
−1
1 711 cm 均有出现，也未发现明显的新特征峰，复合 sV
固-气界面表面张力；γ 为固-液界面表面张力，r为曲
SL
物的特征峰形为酸处理MWCNTs和油酸峰形的部分
率半径. 其中接触角θ决定了MWCNTs能否被润滑剂
叠加，表明填充过程中油酸和MWCNTs之间主要发生 浸润并发生毛细作用，当θ>90°时，气-液界面的压力
物理结合. 差△P为负值，无法发生浸润作用，只有当θ<90°时，浸
2.1.1 TEM分析 润现象才能发生，填充作用才能进行. 表面张力γ 越
SV
图3(a~c)分别为MWCNTs、酸处理MWCNTs和复
小，θ越小，△P越大，润滑剂越容易被填充进MWCNTs
合物的TEM影像. 图3(a)可见MWCNTs的中空结构； 管中. 因此，只有表面张力低于100~200 mN/m的物
图3(b)中，酸处理MWCNTs管的端面有阴影区域存 质，如水、乙醇和酸类等才能在一定条件下被填充入
在，这是由于MWCNTs被酸处理截短后，其端面被羧 MWCNTs管中. 本文中所用油酸表面张力33.8 mN/m，
基、羟基等基团修饰，使得碳的浓度得到提高. 图3(c) 被溶解到无水乙醇中后，进一步减小了油酸本身的表
中，所观测区域的MWCNTs管内存在被填充的油酸， 面张力，使其在超声搅拌的条件下更易于通过毛细管
这直观地证实了复合物的形成. 填充过程利用毛细管 效应进入管内，而后续的加热使无水乙醇挥发，管内
作用驱动力诱导润滑剂进入MWCNTs内腔，其前提是 的油酸则得到保留. 但除了管内的油酸外，还有一部
润滑剂与MWCNTs管内表面的作用力足够大，使二者 分油酸分子结构在MWCNTs的端面外，图3(d)则给出
发生浸润作用 . 根据Laplace方程推导的液-固界面 了一种复合物的模型.
[17]
上接触角与表面张力的关系公式 (1)，以及气-液界面 2.1.3 热重与差热分析
压力差的公式(2) ： 图4(a)和图4(b)分别为MWCNTs、酸处理MWCNTs
[18]
50 nm 50 nm
(a) MWCNTs (b) Acidified MWCNTs
MWCNTs
OA
OA molecules
10 nm
(c) Composite (d) Model of composite
Fig. 3 TEM micrographs of MWCNTs，acidified MWCNTs，the composite and a molecular model of the composite
图 3 MWCNTs、酸处理MWCNTs、复合物的TEM影像和复合物的一种分子模型
