【摘 要】
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MXene作为新生的层状二维材料,在摩擦润滑应用中具有很大前景。湿度对于固体润滑剂来讲具有很大的影响,而其对MXene的作用尚不明确。因此,探究不同湿度下MXene的表面性能并根据宏观微观结合探索出加大MXene减摩效果的思路,不仅能够探明不同湿度下MXene摩擦磨损机理,而且可以增加MXene成为减摩润滑涂层的技术储备。本文从微观下MXene表面性能研究出发,最终过渡到宏观摩擦磨损研究。本文的主
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MXene作为新生的层状二维材料,在摩擦润滑应用中具有很大前景。湿度对于固体润滑剂来讲具有很大的影响,而其对MXene的作用尚不明确。因此,探究不同湿度下MXene的表面性能并根据宏观微观结合探索出加大MXene减摩效果的思路,不仅能够探明不同湿度下MXene摩擦磨损机理,而且可以增加MXene成为减摩润滑涂层的技术储备。本文从微观下MXene表面性能研究出发,最终过渡到宏观摩擦磨损研究。本文的主要研究内容和创新点归纳如下:(1)探明了环境吸附水对MXene粘着力的影响,并解释粘着力变化机理。通过原子力显微镜测量不同湿度下的粘着力,发现MXene的粘着力具有疏水材料的数值以及亲水材料的趋势。通过表征表面水结构,发现表面存在强氢键水结构,推断MXene表面的强氢键水结构以水簇的形式出现,弱氢键水结构覆盖其上。(2)发现了MXene摩擦磨损的随机性与流动性,揭示样品官能团结构对摩擦磨损影响机理。在MXene的磨损过程中,出现不同的磨损情况,趋近于两大类:易磨损与难磨损,并且易磨损的表面会发生修补。根据官能团的排布,能量大的排列方式具有更强的吸附能力,导致MXene与基底强吸附,使得样品不易发生磨损。(3)探究在不同的湿度环境下宏观微观摩擦磨损机理,提出增强MXene摩擦磨损防护性能的思路。根据微观摩擦磨损实验,发现摩擦力随湿度的增加先增大后降低,探究了表面吸附水对微观摩擦磨损的影响。宏观实验通过增大基底吸附能力从而得到了很好的防护效果。宏观磨损的表征结果表明MXene在磨痕处形成润滑膜,同时样品与碎屑吸附在一起以减少碎屑的影响。在低湿度下一定厚度的水层具有润滑防护效果。因此加大样品与基底的吸附以及控制环境湿度都是加强MXene摩擦磨损性能的方法。
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