外电场辅助沉淀法合成纳米氧化锌颗粒及其应用于润滑剂的研究

发布时间：2019-08-16 07:03

【摘要】：近年来，由于纳米技术的飞速发展，促进了纳米材料在润滑油/脂领域的研究与发展，研究发现将纳米微粒添加到润滑油中能有效改善润滑油的摩擦学性能。作为润滑添加剂,纳米粒子具有独特的物理化学特性和优良的摩擦学性能，纳米材料本身所具有的一些特点如小尺寸、大比表面积等，使得其易于吸附于摩擦副表面，填补表面划痕和微坑，并在摩擦副表面形成一层低剪切应力薄膜，从而降低摩擦因数，起到了良好的润滑、自修复效果。由于纳米微粒的独特性能，使得纳米微粒在改善润滑方面取得了很大进步。所以研究开发高性能纳米润滑添加剂具有重要的研究和应用价值。本论文通过采用自行设计的外电场辅助沉淀法合成纳米ZnO颗粒的装置，分别以NaOH、Na_2CO_3、Zn(AC)_2和Zn(NO_3)_2为原料，通过改变反应物浓度和外加电场的大小，合成制备了具有柱状（粗）、柱状（细）和片状形貌的纳米ZnO颗粒；研究了在外电场作用下，合成氧化锌纳米颗粒的工艺条件和机理，及其结晶动力学特性。并利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对样品的成分、形貌及颗粒大小等进行了分析。结果表明，该方法可以合成具有柱状和片状等不同形貌的纳米ZnO颗粒。外电场在合成过程中，并不会改变产物的晶格点阵类型，，只对产物晶体的形貌产生作用。纳米ZnO颗粒的形貌对其性质和应用具有重要的影响。不同形貌的纳米ZnO颗粒具有不同的摩擦学性能。将不同形貌的纳米ZnO颗粒经过不同的表面修饰剂改性后，分散于20#机油中制备得到稳定的复合润滑油，通过采用四球磨擦试验机研究了纳米ZnO颗粒在油基润滑剂中的摩擦学性能，对摩擦系数和磨损量这两个指标进行了考察，并对润滑过程中纳米ZnO颗粒对基础油的影响、ZnO颗粒晶相变化、摩擦副表面摩擦化学反应、纳米ZnO颗粒润滑机理和实际模拟实验效果进行研究。通过采用FTIR、Raman光谱、XPS、SEM等测试手段，系统地分析了片状纳米ZnO颗粒在润滑过程中对基础油（20#机油）和摩擦副表面的影响。研究结果表明：纳米ZnO颗粒通过自修复机制能够明显改善油基润滑剂的抗磨、减摩性能；当添加的纳米ZnO颗粒质量分数为0.5%时，摩擦系数和磨损量分别达到最佳值。其中片状形貌纳米ZnO颗粒具有更好的减磨和自修复效果。
【图文】：

示意图,电化学法,示意图

电场辅助的作用，通常在三电级（基片为静电阴极，再池中进行，电解质溶液为锌盐的水溶液，通过对基片加棒或纳米线。,89]用 Pt 片为阳极，用 Ag/AgCl 作参比电极，带 Au 膜的。在温度为 333K 下，将浓度为 0.03M 的 Zn (NO3)2溶液的 pH 值维持在 5 左右，电流密度为 0.3mA cm-1。沉沉积生长了 ZnO 纳米棒。计了图 1-1 所示的装置，采用电场辅助电化学沉积的方 ZnO 纳米线阵列，其形貌均匀，直径大约为 60nm，是：将事先特殊处理好的带渗透作用的氧化铝模板密封 Zn(NO3)2溶液中的阳极和位于 Na2S 溶液中的阴极，在施加 0.5-40V 的横向电场，通过改变电场强度和溶液密度

热蒸发,结构示意图

采用反应原料为锌粉，氧化剂为氧气，氮气为载气，在石英管中发生氧化反应，得到了直径在10-50nm之间的氧化锌晶体。图1-4 热蒸发制备ZnO纳米结构示意图2002年，B.D.Yao等[111]利用热蒸发法在1100℃通过蒸发ZnO粉和C粉的混合物，在不同温度区域生长了不同形貌的ZnO纳米结构：在750～800℃温度区得到了针状纳米棒；650～750℃温度区得到了纳米带；500～650℃温度区得到了纳米线。2006年，G.Z.Shen等[112]通过蒸发Zn粉末，成功制备了ZnO纳米钉和纳米笔。（2）脉冲激光沉积（pulsed laser deposition，PLD）
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117.2;TB383.1

【参考文献】