《納米級水基潤滑中的水合效應與雙電層效應研究》是依託清華大學，由雒建斌擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：納米級水基潤滑中的水合效應與雙電層效應研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：雒建斌
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
空氣污染、環境惡化已成為我們面臨的嚴峻問題。同為製造大國，我國的單位GDP能耗是德國的4.5倍，是世界平均水平的2.2倍。一次性能源的1/3消耗於摩擦，80%的裝備由於磨損失效。降低能耗、發展環境友好技術，是摩擦學界面臨的巨大挑戰。水基潤滑是解決該問題的重要途徑之一。其具有環境友好、資源豐富，超低摩擦等優點。但同時具有粘度低，成膜能力差，易腐蝕等缺點。水基潤滑條件下，摩擦副的間距為納米量級，處於邊界潤滑或薄膜潤滑狀態。如何提高納米間隙下水基潤滑膜的承載能力，成為水基潤滑能否廣泛套用的關鍵。本項目從微觀入手，研究納米間隙下的水合效應和雙電層效應。通過合成帶有特定功能基團的添加劑以及摩擦副表面改性，增強納米尺度下表面間的相互斥力。同時研究這種分子間的長程和短程作用力與水基潤滑劑巨觀摩擦學性能間的關係，建立起納米力學、摩擦學性能和巨觀摩擦學性能間的聯繫橋樑，開發出具有廣泛套用前景的水基潤滑技術。
結題摘要
本項目針對水介質中兩相互接觸表面間的水合力和雙電層力開展研究，研究其在水基超滑和水基潤滑中的作用。並對多種水基潤滑體系的潤滑特性以及水基潤滑的套用進行了研究。 （1）研究了表面間距與水合力之間的關係，表明離子水合層承受較大的外部載荷。研究了受限條件下水合層的剪下特性，表明水合層之間的剪下力非常小，因而可以實現超滑，並首次實驗測得了水合層的等效粘度。利用水合作用，使用帶有陽離子端頭的表面活性劑分子修飾水溶液，在AFM上實現了超滑，並揭示了微觀尺度下水合基團的超滑規律和機理。通過酸預跑合，利用水合鹼金屬離子實現了巨觀接觸和實驗條件下水基超滑。 （2）通過氫離子誘導實現了油基超滑。氫離子會誘導Si3N4表面發生摩擦化學反應，是摩擦副表面形成微平面，只要使潤滑劑的粘度和摩擦副的相對滑移速度滿足一定的條件，即可實現超滑。提出了摩擦係數與潤滑劑粘壓係數（α）和接觸壓力（p）之間的關係式，解釋了實現超滑的條件。 （3）建立了和頻光譜監測系統，用於觀測固液界面處誰分子的結構和取向，實現摩擦副界面和頻光譜的線上檢測。 （4）研究了水滑石納米片、PAG聚醚、海藻酸鈉、羥乙基纖維素、魔芋葡甘聚糖多種水溶液的潤滑特性。發現水滑石納米片可有效地減少磨損。而其它幾種高分子水溶液均可在一定條件下實現超滑。 （5）基於前述研究，以金屬加工潤滑為套用背景，進行了水基潤滑的套用研究。通過合理的設計潤滑劑的體系，增強潤滑分子與表面的相互作用，針對鈦合金、鋁合金等難加工金屬，開發出具有低摩擦性能的水基金屬切削液。另外，還開發出可降低軋制力的鋼板冷軋潤滑液。 本課題研究過程中共發表相關論文46篇，其中38篇被SCI檢索。申請專利28項。項目組成員在國際和國內會議上做邀請報告11次。項目負責人獲國家自然科學獎二等獎1項。培養博士研究生7人，其中6人已經畢業。
