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碳纳米笼/环氧树脂复合材料摩擦磨损研究

碳/环氧纳米复合材料；低摩擦磨损；碳纳米笼填料；物理限域；机械性能

       环氧树脂（Epoxy resin, EP）机械、物化性能优异，工程应用广泛，但其仍存在摩擦磨损性能较差等问题。添加碳纳米填料是解决/缓解其摩擦磨损问题的有效方案之一。在此，我们以氧化镁模板，制备了一种新型的填料——碳纳米笼（Carbon nanocages, CNC），并将EP填充于笼内，利用笼壁的物理限域和自润滑功能，改善EP复合材料的摩擦性能。与纯环氧树脂相比，优化后的CNC/EP摩擦系数（0.249）和磨损率（7.98×10^-7mm³ Nm^-1）分别降低了55.6%和51.9%。与典型的石墨烯/环氧树脂纳米复合材料相比，其磨损率也减小了21.8%；同时，极大地提高了其机械性能，从而有效地保护了环氧树脂基体，改善总体摩擦性能。这种优异的摩擦学性能归功于CNC独特的中空结构：既能物理限域EP基体，又兼具自润滑和磨屑收集功能。上述结果表明，CNC有望成为最具潜力的EP基复合材料填料之一，为其他新型碳基纳米填料的设计思路提供了参考。