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《重庆大学》 2003年
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基于原位合成方法的超分散稳定纳米组元的制备及其摩擦学特性

欧忠文  
【摘要】: 纳米材料具有很多异乎寻常的特性,有着极为广泛的应用前景,是当前材料科学的研究前沿。纳米材料在水相和油相介质中的分散稳定既是纳米材料走向应用的一项关键技术,又是急需解决的一个难题。 为此,本文首先从理论上阐明了纳米粒子在油性介质中的分散行为特性、分散稳定机制,进而提出了改善纳米粒子在油性介质中分散性和分散稳定性的具体措施。为了获得分散稳定的纳米粒子分散系,首先合成了环烷酸盐类、烷基水杨酸盐类及其它油溶性羧酸盐,然后在设计合成包括胺基型、羧酸型、羟羧/胺羧型、异氰酸酯型和具有后反应特性五大类超分散稳定剂基础上,在液体石蜡、合成基础油和天然菜子油中加入自制油溶性有机盐和超分散稳定剂,通过油溶性盐与硫化氢、水合肼、连苯三酚反应,原位合成了包括软金属和硫属化合物在内的单组元、双组元、三组元、四组元、五组元纳米分散系61种。具有后反应特性的超分散稳定剂不仅具有超分散稳定作用,还可通过后反应直接生成纳米单元。 纳米粒子在油性介质中的原位合成具有以下显著特点:①将纳米单元(无论是单组元还是多组元)的生成、粒度控制、抗团聚保护和纳米单元的高度分散、长效稳定在一个体系中一次性实现,既改善了性能,又简化了操作,还能大大降低现有方法中因纳米单元制备、后期处理和化学改性等带来的生产成本;②此外,纳米粒子的原位合成均在室温和无外加溶剂情况下完成,分散介质可根据需要进行选择,如液体石蜡、矿物基础油、合成基础油和石油醚、乙酸乙酯、甲苯等;③合成的纳米粒子在油性介质中具有高度分散、长效稳定特点;④分散系中纳米粒子含量可按设计要求来合成,最高含量可达10%以上。 通过普通离心试验和高速离心试验对原位合成纳米粒子在油性介质中的分散稳定性进行了加速试验,结果表明:经过72 h普通离心试验没有任何纳米分散系发生两相分离,在非连续高速成离心条件下少数纳米分散系34 h后开始发生相分离,大部分纳米分散系经过56 h非连续高速成离心仍未发现有相分离迹象,说明无论在前普通离心场还是在高速离心场中纳米分散系均表现出极高的分散稳定性,能满足在重力场中长期储存的要求。 用激光散射法和冷冻蚀刻电镜表征了原位合成纳米粒子的粒径、粒径分布和聚集状态,结果显示,纳米粒子为球形,裸露粒径为5-40 nm,粒子大小均匀、分布窄,粒子呈弥散性单粒子分布,无团聚现象。 用四球摩擦磨损试验机和环块摩擦磨损试验机对部分原位合成单组元和 WP=5 多组元纳米分散系的摩擦学性能进行了评价,结果发现:①在绝大多数情况下,在所选择的试验载荷范围内纳米粒子的添加能明显改善油品的抗磨减摩性能和抗极压性能;②环块试验评价结果好于四球试验评价结果;③单组元纳米分散系的摩擦学性能与多组元纳米分散系的摩擦学性能相近。 为了弄清纳米粒子油润滑摩擦学作用机制,通过SEM、EDS和XPS对磨损表面进行了表征。通过对摩擦学评价结果和磨损表面表征的分析,提出了纳米粒子油润滑摩擦学作用机制,认为纳米粒子对油品摩擦学性能的改善是以下三条途径共同作用的结果:①摩擦副表面短程作用力,如吸附、微区电磁场作用导致摩擦副近表面纳米粒子在表面的富集,使具有改善摩擦学性能的表面润滑层(膜)的厚度增加、强度增大;②表面富集的部分纳米粒子在摩擦条件下发生摩擦化学反应,生成新的表面润滑膜;③纳米粒子对摩擦副表面的优化,如机械抛光、填平表面纳米级微坑和表面微损伤等。针对纳米粒子的摩擦学作用机制,提出了纳米粒子最适宜于作为光滑表面,特别是超光滑表面的表面加工、表面微损伤自修复和表面润滑的油品添加剂或介质添加剂。 为便于与纳米粒子的摩擦学性能进行比较,还对具有化学结构代表性的五种有机铅盐,即月桂酸铅、油酸铅、环烷酸铅、硬脂酸铅和烷基水杨酸铅的摩擦学性能进行了评价。结果表明不同结构的羧酸铅其油溶性、抗磨减摩性能以及抗极压性能存在较大差异,铅盐的摩擦学性能与羧烃基结构密切相关。环烷酸铅和烷基水杨酸铅具有最好的油溶性;月桂酸铅具有最好的抗磨减摩性能和抗极压性能。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TB383

【引证文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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8 熊金钰;徐国财;;超声引发原位乳液聚合同步合成纳米Ag/聚合物复合材料[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
9 王卉;金峰;段宣明;;原位合成法制备硫化铅-聚合物纳米复合材料[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
10 万轶;张晖;王恒志;;纳米级混合润滑添加剂的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者  高文力;哈高科完成两个863科研项目[N];上海证券报;2006年
2 军事医学科学院毒物药物研究所研究员、科技处处长 毛军文;关于纳米粒子生物效应的系统专著:《纳米毒理学》[N];科技日报;2009年
3 刘霞;美研制出新型纳米粒子药物递送系统[N];科技日报;2009年
4 水吉;美发现新型纳米粒子药物递送系统[N];医药经济报;2009年
5 刘霞;新纳米粒子技术可有效攻击癌细胞[N];科技日报;2011年
6 常丽君;新技术能快速描绘“双面”纳米粒子属性[N];科技日报;2011年
7 余 名;纳米粒子 涂在脸上的危险[N];大众科技报;2004年
8 记者 葛进;日开发新型低成本荧光纳米粒子[N];科技日报;2008年
9 记者 刘霞;美用纳米粒子治疗药物上瘾[N];科技日报;2009年
10 记者 葛进 陈超;日开发出制造纳米粒子新方法[N];科技日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 欧忠文;基于原位合成方法的超分散稳定纳米组元的制备及其摩擦学特性[D];重庆大学;2003年
2 王小明;直接甲酸燃料电池阳极催化剂研究[D];复旦大学;2010年
3 徐洪波;基于自组装单层纳米粒子构筑抗反射结构[D];吉林大学;2011年
4 贺永强;纳米生物复合材料的制备与性能表征[D];天津大学;2010年
5 王冠男;磁性荧光复合纳米粒子的合成及生物应用[D];吉林大学;2011年
6 罗晓刚;再生纤维素微球的制备、结构和功能[D];武汉大学;2010年
7 龙学颖;靶向生长抑素受体的磁共振分子探针的制备、表征及体外细胞实验[D];中南大学;2010年
8 成永强;利用滚环扩增和纳米粒子均相无标记检测核酸的研究[D];河北大学;2008年
9 赖仕全;纳米粒子改性聚四氟乙烯和聚酰亚胺的摩擦学性能研究[D];复旦大学;2005年
10 程元荣;原位聚合法制备半导体纳米粒子/聚合物杂化光学材料[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘萍;表面修饰纳米粒子的制备及摩擦学性能的研究[D];河北师范大学;2007年
2 李强;纳米润滑油添加剂的制备及摩擦学性能研究[D];青岛科技大学;2005年
3 李静宇;TiO_2纳米粒子的制备及其摩擦学与磨损自修复性能研究[D];河北师范大学;2008年
4 孙昂;纳米粒子的制备与摩擦学性能的研究[D];大连海事大学;2002年
5 孙莉;纳米Fe_3O_4表面磁性壳层制备及SiO_2包覆的研究[D];济南大学;2011年
6 张文星;具有磁性和光学特性的复合纳米粒子的制备及性质研究[D];河南大学;2010年
7 吴霞;乳液技术可控制备银、聚苯乙烯纳米粒子及机理研究[D];武汉理工大学;2010年
8 郭雷;弱外磁场下四氧化三铁纳米粒子的制备及磁液稳定性研究[D];华南理工大学;2010年
9 任申玥;Pd纳米粒子/聚合物复合微球的制备及其催化性能研究[D];江南大学;2011年
10 季玉玄;水溶性纳米磁共振造影剂的研究[D];上海师范大学;2011年
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