165 / 2022-09-19 16:52:41

CVD转移石墨烯的宏观摩擦磨损影响因素的研究

石墨烯；宏观；摩擦系数；磨损

摘要：在机械系统中，摩擦和磨损是材料失效和能量损耗的主要原因，有效降低摩擦和磨损是获得高可靠性、高寿命和高能量利用率系统的关键。引入界面润滑材料是目前降低摩擦和磨损的主要方式之一。超薄的固体润滑剂由于不引入环境杂质、不影响基底功能等优势，具有极大的应用潜力。

石墨烯是一种仅原子层厚度的二维材料，具有优异的力学性能，是一种极具潜力的超薄固体润滑剂。目前，石墨烯润滑的大部分研究集中在微观尺度的摩擦机理，而如何将石墨烯应用于宏观系统以改善现存摩擦问题，相关研究仍然存在大量空白。本工作采用化学气相沉积技术制备薄膜状石墨烯，通过湿法转移的手段，将石墨烯转移至摩擦副作为目标基底，利用线性摩擦试验机对于表面包覆有单层/多层石墨烯的摩擦副进行摩擦系数测量，并通过拉曼光谱仪表征了磨损过程，探究了转移石墨烯的宏观摩擦磨损影响因素。结果表明，石墨烯对于降低摩擦系数具有较好效果，实现将二氧化硅摩擦副的界面摩擦系数降低了30%。随着石墨烯层数的增加，摩擦系数呈现先降低后增加的趋势，而运动副上石墨烯的减阻效果远优于固定副。此外，研究发现石墨烯的晶界尺寸与其减阻效果呈负相关。在磨损性能测试中，测试表面经历了石墨烯转化为非晶态碳层和磨损两个过程。随着测试次数增加，破损区域不断扩展，但石墨烯涂层仍可提供宏观减阻效果，而增加石墨烯的层数可以有效减弱整个磨损过程。