Page 110 - 《摩擦学学报》2020年第5期
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第 5 期                  尹克样, 等: 烷基化液体碳点用于提高石蜡基基础油的摩擦学性能                                       665

                作为提高机器设备使用寿命和工作效率、降低能                              总体而言，碳点作为基础油添加剂对摩擦学性能
            源消耗的润滑剂，其发展经历了从动植物油脂到矿物                            影响的研究才刚刚起步，现有制备方法较为复杂，尤
                                   [1]
            油再到合成润滑剂的过程 . 基础油是一类常见的润                           其是电化学法制备碳点的步骤耗时较长，亟需寻找一
            滑剂，被广泛应用于多种装备，但基础油受其自身条                            种更加简便的碳点合成工艺. 近来，我们发现通过回
            件限制，不能满足某些特殊工况，因此向基础油中引                            流烷基胺(如十二胺)的氯苯溶液，即可获得烷基化碳
                                                                 [26]
            入添加剂以提高其减摩抗磨性能，成为行之有效并广                            点 . 该方法简单高效，原料廉价易得. 采用上述合成
            为采用的方法.                                            方法，选择油胺为原料，制备了不饱和烷基链修饰的
                在过去几十年里，各种各样的油基和水基纳米添                          碳点. 碳点结构的特殊性，使得其在室温下呈液态，大
            加剂作为提高润滑剂减摩抗磨效果的材料被广泛研                             大提高了其在基础油(如液体石蜡)中的分散稳定性.
                                          [2]
            究  [2-15] . 金属纳米颗粒如铜、铁、钴 和金属化合物如                   摩擦学测试表明，该碳点作为润滑添加剂可以明显提
            CuO、ZrO、ZnO、La O 、LaF 等    [3-7] 在摩擦过程中可以          高石蜡基基础油的减摩抗磨效果.
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            沉积或摩擦冷焊在磨痕表面，进而减少了磨损，提升
                                                               1    试验部分
            了复合油样的摩擦学性能. 然而这类材料在基础油中
            的分散稳定性不佳，限制了它们的应用. 有机/无机杂                          1.1    试验材料及制备方法
            化 材 料 ， 如 聚 合 物 包 覆 的 SiO   2 [8-9] 、 有 机 酸 包 覆 的      油胺(质量分数为80%~90%)购买于阿拉丁试剂
            TiO 2 [10] 、表面活性剂包覆的MoS    2 [11] 等在基础油中均展         有限公司，氯苯、乙酸乙酯和硅胶粉(200~300目)购买
            现出良好的分散稳定性及抗磨性. 但是，上述有机无                           于当地经销商，石蜡基基础油150 N购买于台塑集
            机杂化材料纳米添加剂的合成步骤及后处理方法往                             团.烷基化碳点的制备过程如图1(a)所示，具体步骤
            往比较复杂. 因此，寻找一种制备方法简单、并能有效                          如下：
            提高润滑油减摩抗磨效果的添加剂显得尤为重要.                                 取62.93 g(0.2 mol)油胺，加入干净的500 mL两口
                碳点由于具有易于制备、低毒、发光稳定性好、抗                         烧瓶中，抽真空、通氩气循环3次后，用玻璃注射器向
            光漂白性能优异等特点受到越来越多的关注，并被广                            烧瓶中加入200 mL氯苯，油浴加热回流48 h，得到澄
            泛应用于细胞成像、发光器件以及荧光油墨中. 但是                           清透明的橘黄色混合物. 将烧瓶从油浴锅中取出，自
            对于其在摩擦学领域的应用研究，多集中于水基润滑                            然冷却至室温，蒸干溶剂，以乙酸乙酯为洗脱剂，将混
            体系   [16-19] 和PEG基润滑体系  [20,23-25] . 研究发现，利用自      合物用硅胶柱提纯，除去未反应的油胺和其他杂质.
            下而上法     [16-17] 或者自上而下法    [18-19] 制备的水溶性碳        蒸干溶剂，50 ℃下真空干燥3 d，得到1.39 g(产率10.4%)
            点，作为水基纳米添加剂具有良好的减摩抗磨效果. 王等                  [20]   烷基化碳点，记为C       Ole  dots.
            用柠檬酸和离子液体为原料，水热后经离子交换制备                            1.2    材料的表征
            了一种可溶于PEG 200、离子液体修饰的碳点. 测试其                           配制10 mg/mL碳点乙醇溶液，用移液枪移取10 μL
            摩擦学行为发现，该碳点作为PEG 200润滑添加剂具                         滴加到超薄碳膜上，之后用滤纸从超薄碳膜边缘小心
            有显著的减摩抗磨效果. 油溶性碳点近年来也有报道.                          吸走多余的溶液，重复两次操作后，将超薄碳膜在红
                [21]
            康等 利用电化学方法制备出水溶性碳点之后，将其                            外灯下放置30 min烤干，然后采用高分辨透射电子显
            与硝酸铜和十二烷基硫醇混合，90 ℃下搅拌，形成了                          微镜(FEI Tecnai G2 TF20)对碳点进行形貌及尺寸表征.
            碳点与CuS 的杂化材料. 摩擦学测试表明，该杂化材                             移取20 μL、10 mg/mL碳点乙醇溶液，滴加到干净
                      x
            料作为石蜡基基础油添加剂具有良好的减摩抗磨效                             的硅片上，红外灯下烤30 min，用扫描探针显微镜
                    [22]
            果. 樊等 以二维材料为研究对象，对比研究了石墨                           (Dimension Icon)进一步表征碳点的尺寸.
            烯量子点、二硫化钼纳米片、纳米碳和球状二硫化钼                                用荧光/磷光/发光/分光光度计(PE，LS-55)表征碳
            纳米颗粒作为多烷基环戊烷的润滑添加剂在边界润                             点的荧光性能. 利用傅里叶变换红外光谱仪(Bruker，
            滑条件下的摩擦学性能，发现尺寸最小的石墨烯量子                            ALPHA)、紫外光谱仪(Hitachi, U-4 100)核磁共振波谱
            点的减摩抗磨性能最好，可以将摩擦系数和磨损体积                            仪(Bruker, AVANCE III HD 400 MHz)表征碳点的结
            降到空白基础油的60%和91%，这一优异的减摩抗磨                          构. 利用热重分析仪和差示扫描量热仪(TA, DSC-
            性能是由滑动表面上形成的致密保护膜与类石墨烯                             Q2000)表征碳点的耐热性质. 选用扫描电子显微镜
            碎片的协同作用产生.                                         (JEOL JSM-6700F)表征磨痕的表面形貌. 利用显微拉
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