石墨烯对润滑油的影响研究论文

现如今的社会人们越来越多的购买了汽车，人们对汽车的保养也越来越重视了。在这些中，汽车润滑油系统的保养也是重中之重，在传统的润滑油已经走到了技术的巅峰之后，现在世界上的国家，都已经有了新的突破。我们现在的汽车润滑油是以，节能环保的理念来进行技术的革新的。传统的润滑油之后的石墨烯润滑油是高效节能的新型产品，随着汽车行业的不断发展，大多数润滑油厂家开始意识到石墨烯的巨大优势，开始研究怎样用石墨烯来调和润滑油与添加剂。经过据研发人员研究表示，使用基础油、石墨烯、及添加剂调制而成的抗磨润滑添加剂，其质量和性能将非常稳定，未来可用于调和各种极压抗磨及润滑性能优良的润滑油。 而在用于发动机润滑油中，石墨烯优异的润滑性、耐磨性和抗氧化性就将充分地体现出来。与普通的润滑油比，石墨烯的润滑油主要具有以下优势： 1、石墨烯的确具有良好的“亲油性”，显著提高润滑油的耐磨性和抗压性，减少摩擦损失； 2、有效避免高温氧化，延长换油周期； 3、减少机械震动、降低机械噪音； 4、具有优良的防水、防尘和防污性，机油可以在活塞环与活塞之间形成一个密封圈，减少气体的泄漏和防止外界的污染物进入； 5、降低摩擦面的工作温度，保持润滑油粘度，当发动机气缸口压力急剧上升，突然加剧活塞、活塞屑、连杆和曲轴轴承上的负荷很大，这个负荷经过轴承的传递润滑，使承受的冲击负荷起到缓冲的作润滑油油状况的好坏直接影响到发动机的性能和寿命

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。