表面活性剂溶致液晶中纳米微粒的制备及其摩擦性能研究

【摘要】：利用层状液晶为模板制备了一系列无机和有机纳米微粒，并以透射电镜、紫外光谱、X-射线衍射等方法进行了表征。通过透射电镜和紫外可见光谱研究了有机纳米粒子的表面吸附性能。以高速环块磨损试验、扫描电镜等方法研究了层状液晶以及层状液晶／纳米粒子复合体系的润滑性能，为新型润滑材料的研制提供理论依据。 在Triton X-100／n-C_(10)H_(21)OH／H_2O体系中，酒石酸氢钠(C_4H_5O_6Na)、已二胺四乙酸二钠(C_(10)H_(14)N_2O_8Na_2)、乳酸钙(C_6H_(10)CaO_6)、硫化钠(Na_2S)、硝酸银(AgNO_3)的加入均使得层状液晶的区域缩小，层状液晶的稳定性降低。小角X衍射测定表明层状液晶的溶剂水层厚度小于3nm，该溶剂层主要由亲水性PEO链和水组成，溶剂主要位于该亲水性微区内。以该层状液晶为模板，利用溶剂在层状液晶两亲双层中的渗透性和层状液晶中溶剂层厚度的限制性，制备了酒石酸氢钠、已二胺四乙酸二钠、乳酸钙、硫化银(Ag_2S)等一系列有机、无机功能纳米粒子。所制纳米粒子粒径在2～6nm，且分布较窄。层状液晶的组成对于所制备的纳米粒子的大小无显著影响。 纳米微粒的性质和应用受到其稳定性和聚集性质的影响，与纳米粒子的表面性能有关。在酒石酸氢钠溶胶中，随着CaCl_2浓度的增加，酒石酸氢钠纳米粒子的尺寸逐渐增大，但均匀性较好。在相同浓度和相同阴离子条件下，碱土金属离子的加入引起酒石酸氢钠纳米粒子的尺寸变大，分散性能略有降低；过渡金属离子的加入引起酒石酸氢钠纳米粒子的尺寸显著地增加，分散性较差，并形成网状结构。碱土金属离子主要通过静电作用进入酒石酸氢钠纳米粒子的扩散双电层而引起纳米粒子聚集，而过渡金属离子通过静电作用和络合作用吸附在酒石酸氢钠纳米粒子表面，且与酒石酸氢钠纳米粒子有强烈的相互作用。紫外可见光谱表明金属离子在酒石酸氢钠纳米粒子表面的吸附引起纳米粒子的聚集，导致探针TritonX-100的紫外吸收强度增加，进一步验证了TEM结果。电导率测定表明酒石酸氢 2扬州大学硕士论文 钠、已二酸四乙酸二钠和乳酸钙纳米微粒在稀溶液中具有强电解质的行为。 层状液晶因其独特的层状结构而对铝合金等材料具有润滑性能。随着层状液 晶中水含量增加，铝合金试块的磨痕宽度逐渐增大，其润滑性能降低。随着层状 液晶中TritonX一100含量增加，铝合金试块的磨痕宽度降低，其润滑性能提高。与 层状液晶体系相比，相同条件下层状液晶/纳米粒子复合体系的磨痕宽度较小，纳 米粒子的加入可以提高层状液晶的抗磨性能。此外，层状液晶/无机纳米粒子复合 体系的润滑性能受水含量的影响较层状液晶/有机纳米粒子复合体系的明显，但受 TritonX一1 00含量的影响较小。表面吸附有分散剂的纳米微粒团簇吸附和沉积在铝 合金摩擦副表面，形成更加致密均匀的润滑膜，从而提高层状液晶的润滑性能。