Page 104 - 《摩擦学学报》2021年第5期
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第 5 期 彭锐涛, 等: 水基MWCNTs/MoS 2 复合纳米流体的摩擦学性能研究 693
[EMIm]BF4-MWCNTs, I D1 /I G1 =1.22
MWCNT, I D2 /I G2 =0.58
Intensity/a.u. D 1 G 1
Steel ball G 2
Workpiece D 2
(nanofluid)
1 200 1 400 1 600 1 800 2 000
Raman shift/cm −1
Fig. 4 Raman spectra of MWCNTs before and after
modification
Fig. 3 Friction test equipment and workpiece clamping
图 4 MWCNTs改性前后的拉曼谱图
图 3 摩擦试验设备及工件装夹
中使用光度计法和粒度测试法对纳米颗粒在基液中
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位mm ；L-磨痕长度，单位mm；S-总摩擦长度，单位m；
的分散和悬浮稳定性进行定量评价. 其中，光度计法
F-法向载荷，单位N. 此外，采用超景深三维显微系统
是根据所测得的吸光度变化进而讨论其分散稳定性.
(VHX-5 000，基恩士，日本)观测磨痕三维形貌；采用
粒度测试法是通过粒度分析仪来检测纳米颗粒在基
X射线电子能谱分析仪(XPS, K-Alpha+，赛默飞，美
液中粒径的分布，用以表征其分散程度. 根据分子在
国)对磨痕表面的元素和化学成分进行分析测试；采用
吸收紫外可见光后所表现出不同程度的吸收光谱，对
AlKα激发源，以表面污染C1s (284.8 eV)为标准进行
具有不同分散剂的复合纳米流体进行分散稳定性分
校正，全谱扫描：通能为100 eV，步长1 eV，窄谱扫描：
析，从而筛选出与[EMIm]BF 混合的最佳分散剂. 根
通能为30~50 eV，步长0.05~0.1 eV. 扫描次数结合通 4
[17]
据Reylength方程 ，粒子吸光度可用式（2）表示.
能、步长和信号强度，5~20次调整.
A = KN (2)
2 结果与讨论 其中：A为吸光度，K为吸光常数，N为单位体积溶液中
2.1 复合纳米流体表征 的粒子数. 吸光度越大，单位流体中的颗粒数越多，因
2.1.1 ILs-MWCNTs吸附作用 此悬浮稳定性越好. 本研究中选择吸光度作为检测指
标，以波长为210 nm的特征峰作为特征波长，对静置
使用拉曼光谱仪对MWCNTs和[EMIm]BF -MWCNTs
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进行测试分析，其谱图如图4所示. 在纯MWCNTs的谱 一段时间后的复合纳米流体进行单波扫描.
−1
图中出现了两个强峰，其中D峰出现在1 340 cm 附 由 图 5(a)可 知 ， 相 比 无 添 加 的 样 品 (None)， 在
−1
近，G峰出现在1 569 cm 附近. 据相关报道 [15-16] ，这两 [EMIm]BF 中添加GA、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚
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个峰值分别反映了MWCNTs表面的缺陷，以及有序 乙二醇(PEG600)制成混合分散剂后，各流体吸光度均
度，且其比值(I /I )可说明MWCNTs的被改性程度. 有所提升. 这说明混合分散剂能有效地改善MWCNTs
D G
在通过[EMIm]BF 对MWCNTs进行非共价修饰与改 和MoS 纳米颗粒在去离子水中的分散情况. 虽然随着
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性后，谱图中的这两个峰值比率显著增加，由此说明 静置天数增加，基液中纳米颗粒发生了不同程度的团
在超声振荡和搅拌的辅助作用下，[EMIm]BF 分子已 聚、沉降而使吸光度逐渐下降，但分散剂吸附在纳米
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通过π-π键共轭方式牢固吸附在MWCNTs四周，并且 颗粒表面上形成空间位阻效应能在一定程度阻碍纳
MWCNTs表面的空位被暴露出来. 自然地，这种非共 米颗粒之间发生团聚而沉淀的趋势.
价修饰方法有利于降低MWCNTs的表面能，从而降低 从整体结果来看，[EMIm]BF -SDBS的悬浮稳定
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其团聚. 另外，由于[EMIm]BF 是亲水性分子，因此被 性最优，[EMIm]BF -GA次之，[EMIm]BF -PEG600最
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其包裹的MWCNTs可以稳定地悬浮在基液(水)中. 差. 其中，GA的相对分子量大，且具有长链结构，形成
2.1.2 复合纳米流体分散与悬浮稳定性 非电性空间能有效阻止颗粒团聚 [18-19] ，并且考虑到SDBS
由于所制备的纳米流体的颜色深，且着色能力 极易产生气泡，因此在实际应用中容易形成不连续的
强，在发生团聚和沉降时难以用肉眼观察，故本研究 介质流动，这对润滑和换热效果具有严重的负面影
