纤维素协助下的“碳纳米管-软金属”杂化纳米材料对生物润滑体系减摩抗磨性能的显著提高

纤维素协助下的“碳纳米管-软金属”杂化纳米材料对生物润滑体系减摩抗磨性能的显著提高

目前，植物油是一种可持续和可再生的生物基润滑油（由天然或合成生物材料制成），已用于医疗、农业、汽车、工业和农业应用。由于制造成本低、导热性好以及与润滑剂添加剂的协同增强作用，不同类型的纳米材料已被添加到植物油中，以增强其润滑性能。显然，纳米润滑添加剂的引入显著提高了植物油的润滑性能。常用到的纳米材料包括：碳纳米管（MWCNT）、氧化铜（CuO）、氧化铈（CeO2）、聚四氟乙烯（PTFE）、Cu/PDA/MoS2纳米片、碳点（CD）和Mg-Al水滑石等。尽管如此，由于纳米颗粒与植物油的界面相容性较弱，导致自聚集现象的发生是不可避免的，并因此导致润滑剂劣化和润滑剂性能下降。这其中，碳纳米管及其杂化纳米材料具有较大的管状结构、纵横比和柔韧性，已被用作润滑剂中的微型轴承，以提高润滑性能。然而，惰性碳纳米管与植物油固液界面的相容性差是主要问题，必须通过合理设计提供解决策略。纳米纤维素具有绿色、无污染的优点，其表面富含羟基，有助于增强生物有机材料之间的兼容性。

因此，陕西科技大学宋浩杰教授团队将聚多巴胺引入碳纳米管表面，构建过渡层以提供富集的氨基和羟基，并通过氢键相互作用在碳纳米管表面构建保护性纳米纤维素“盔甲”，显著增强了碳纳米管与植物油的界面相容性。聚多巴胺分子携带的反应基团为金属阳离子的吸附和原位还原提供了活性位点。在湿热环境中，通过将吸附在聚多巴胺层上的Ag+离子还原为Ag纳米颗粒，构建了C-[CNTs-PDA/Ag]杂化结构。作者通过各种情况下的摩擦学性能测试、磨损形态分析、拉曼光谱、磨损率计算、表面接触压力计算和润滑理论计算等，研究了C-[CNTs PDA/Ag]纳米复合材料作为润滑添加剂的优越性。结果表明，磨损发生后，C-[CNTs PDA/Ag]可以迅速填充到磨损表面，起到修复和微承载的作用。在摩擦过程中，滑动摩擦转变为滚动摩擦，表现出优异的润滑性能。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301679X23008733