石墨烯对润滑油的影响研究论文

石墨烯是一种具有宏观尺寸的新型碳纳米材料，其尺寸在同一平面内可以无限扩展，在厚度方面为纳米级别，是一种具有原子级厚度的二维碳材料。随着技术的发展，石墨烯的种类也逐渐增多，根据石墨烯层的数量可以将其分为单层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。其中，单层石墨烯的碳原子多为sp2杂化形式，其晶体结构为六元环二维蜂窝状晶格，单层石墨烯的理论厚度为0.335nm。

石墨烯的成键情况与石墨相同，构成石墨烯的碳原子在2s、2px,和2py轨道上形成杂化轨道，并与相邻的碳原子形成σ键，键角为120°，这种结构特别稳定，且每个碳原子的2pz轨道上剩余一个电子，可以通过电子离域的形式想成大π键。离域的电子在晶体中还可以自由运动，这就使石墨烯具有与石墨等其他纳米材料不具备的特性，例如表面积大、质量轻、导热性能好、能耐高温，可自润滑。随着石墨烯的特异性能被逐渐发现，人们不断的改变制备方法，制备不同结构、尺寸、层数的石墨烯，这些基本条件都直接影响石墨烯的性能。目前，已经成功制备的石墨烯有很多种，从层数上可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯；从价键理论可分为氧化石墨烯、还原石墨烯和还原氧化石墨烯；另外，目前制备的还有功能石墨烯。不同的石墨烯性能不同，当石墨烯的层数多于10层时，性能与石墨相近，当石墨烯的层数少于10层时，则表现出许多特异的性能。氧化石墨烯具有较大的缺陷，而还原石墨烯的缺陷较少，氧化石墨烯想减少缺陷可以通过功能化的方式。

2.石墨烯的润滑性能石墨烯是一种单层或多层结构的碳纳米材料，对于多层石墨烯，层与层之间可以滑动，因此，具有特殊的润滑性能，不同方法制备的石墨烯，层数、层与层之间的距离、堆垛形式、尺寸、形状和缺陷不同，这些参数都会影响石墨烯的润滑性能，除此之外，石墨烯的润滑性能还受相对滑动方向的影响。经研究发现，用于润滑油中的石墨烯，层数的多少对润滑性能有着较大的影响，当石墨烯层数为2~3层时，石墨烯表现出最佳的润滑性能，其摩擦力接近零。因此，堆叠的多层石墨烯作为润滑添加剂具有更佳的润滑性能。另外，石墨烯的堆垛形式对其润滑性能也有较大的影响，以非公度形式堆垛的石墨烯表现出的摩擦力较小，且这种摩擦力会随着石墨烯层间距的增加而减小，以AB形式堆垛的石墨烯现出的摩擦力则不同，其摩擦力随层间距的减小而增加。在实际应用过程中，石墨烯的摩擦力不可能为零，专家学者研究了石墨烯薄膜的润滑性能及失效机理，在研究过程中采取了原子模拟方法，研究发现，压头在较低的速率下滑动时，石墨烯的化学键断裂较少，摩擦相对较大，当增加滑动速度时，石墨烯的化学键断裂不断增多，摩擦逐渐减小。还有研究多层石墨烯膜的润滑性能的实验，研究发现石墨烯的润滑性能是固有的，石墨作为润滑油添加剂，润滑性能较好。3.石墨烯的润滑机理为了研究石墨烯的润滑机理，人们总结出了薄膜润滑机理。根据这这一机理，将石墨烯添加到润滑油中时，当形成的油膜层数较多时，石墨烯表现出的润滑机理趋于薄膜润滑，当形成的油膜层数较少时，石墨烯表现出的润滑机理为混合润滑。因此，在使用过程中，随着石墨烯添加量的增加，摩擦物表面逐渐被石墨烯覆盖，摩擦物的表面粗糙程度也逐渐被石墨烯的粗糙程度代替，形成更多的油膜，可以用薄膜润滑机理进行解释，润滑性能大幅度提高。当石墨烯的添加量增加到一定程度后，如果继续添加石墨烯，多余的石墨烯则会在摩擦物表面堆积，使原本形成的油膜被破坏，润滑机理表现为混合润滑，润滑性能下降。对于混合润滑机理，体系中存在三种摩擦，一种是被石墨烯覆盖形成油膜的两种摩擦物摩擦，一种是被石墨烯覆盖形成油膜的摩擦物与未形成油膜的摩擦物摩擦，最后一种是都未形成油膜的两种摩擦物摩擦。此时，添加石墨烯的润滑油的润滑性能与这三种摩擦直接相关。综上所述，没有添加石墨烯等添加剂的润滑油，其润滑机理为混合润滑机理，添加合适量的石墨烯的润滑油，其润滑机理为薄膜润滑，添加过量石墨烯的润滑油，其润滑机理为混合润滑。

石墨烯和机油本身是没什么关系的，但是呢，就是因为它具有韧性好强度高的特性，使研发人员联想到了机油保护发动机，需要的抗磨性能上去了，从而去解决技术难题，将其应用到机油的领域，生产出性能优于传统机油的石墨烯润滑油啦。

润滑油如果用石墨烯为添加剂的，在功能方面，石墨烯主要就是提高润滑作用，修复发动机，提升发动机动力。使用石墨烯润滑油可以利用石墨烯的特殊功能，修复发动机。