润滑剂作用能力的分子轨道指数判据--润滑剂分子极性基团与金属表面之间的相互作用

采用分子轨道指数研究润滑剂分子与金属表面间相互作用的能力 ,通过比较键合原子净电荷以及分子间相互作用的最高占据轨道能级 (EHOMO)和最低空轨道能级 (ELUMO)的大小发现 ,醇和羟基化金属表面的氢键力大于酯与羟基化金属表面的氢键力 .根据分子轨道能量近似原则和反应性指数大小判断 ,酯和裸露的金属原子之间的作用强于醇 ,醇和酯复配的润滑剂通过发挥各自的优势而强化润滑剂分子与金属表面之间的作用 ,从而表现出协同减摩效应 .     

润滑添加剂结构与性能的量子化学研究

用量子化学方法计算了 2种润滑添加剂和铁原子簇的分子轨道指数 ,运用轨道能量近似原则讨论了添加剂与铁原子簇的作用方式 ;以前线电子密度、超离域性指数和原子净电荷作为判据分析了 2种添加剂分子与铁原子簇间键合的强弱、反应性的大小等表征添加剂与金属作用强弱的参数 .研究表明 :3 - ( N,N-二丁基二硫代氨基甲酸基 )丙二酸与铁原子簇的相互作用强于 3 - ( N,N-二丁基二硫代氨基甲酸基 )丙酸与铁原子簇的相互作用 ;运用量子化学计算得到的预测结果与摩擦学试验结果具有良好的一致性     

碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂的摩擦学性能研究

采用碳酸钙纳米颗粒与全氟聚醚型超分子凝胶复合得到了一种新型的纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂. 超分子凝胶具有错综复杂的网络结构,有效地提高了碳酸钙纳米颗粒在全氟聚醚润滑油中的分散稳定性. 此外,碳酸钙纳米颗粒作为添加剂极大地提高了超分子凝胶的润滑性能,使其表现出较好的耐高温性能,以及较高的承载力. 采用差式扫描量热仪、热重分析仪和流变分析仪对该复合润滑剂的热力学性能进行表征,结果显示该复合润滑剂具有很好的热稳定性以及较好的力学性能. 最后,通过X射线光电子能谱(XPS)对其摩擦机理进行表征,结果表明碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂优异的摩擦学性能可归因于碳酸钙纳米颗粒在摩擦副表面形成了易剪切的薄膜,以及小尺寸的纳米粒子在摩擦过程中对摩擦表面进行的自修复效应.      

针尖的化学物理力学研究

扫描探针显微镜的发明, 使人们了解纳米、分子和原子尺度的超微结构, 探测原子、分子间的力、电、磁及其复杂的物理和化学性质, 以及进行单原子、单分子操纵 成为现实. 本文从探针技术与表面化学物理力学耦合的角度出发, 首先对针尖的化学物理力 学研究领域进行了概述, 接着介绍了针尖的几种重要的化学修饰方法, 包括金属薄膜、自组 装单分子膜、胶体粒子及碳纳米管修饰; 然后以理论与实验结合的方式介绍了几个研究活跃 的领域: 表面力及分子间力(主要包括Van der Waals力, 双电层力, 憎水亲合力, Casimir力和单键力等)的理论描述与测量, 针尖的化 学物理力学在化学力滴定和表面化学识别等研究中的应用. 讨论了针尖与基底材料对测量力 的影响. 而这些复杂的原子、分子相互作用和物理、化学、力学及生物特性的实现均发生于 小小针尖上, 由此我们提出了``针尖力学'的概念. 并且指出多场(如电场、磁场、超声、 微波等)作用下, 针尖的化学物理力学研究将成为力学交叉学科研究的重点和热点.     

对甲苯酚-AOT双组份超分子凝胶的制备及摩擦学性能研究

本文中报道了一类制备方法简单且成本较低的双组份超分子凝胶,其具有良好的减摩抗磨性能. 双组份凝胶的两种凝胶因子选择的是对甲苯酚(p-cresol)和琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠(AOT),它们在基础油中共同作用形成凝胶,将该双组份凝胶因子简称为p-cresol-AOT. 该双组份凝胶因子具有很强的自组装能力,可以凝胶化多种润滑油,包括矿物润滑油、合成润滑油和全配方商品润滑油等. 本文中通过氢谱核磁共振、红外光谱和RS6000旋转流变仪对凝胶的自组装机理和流变学进行研究,结果显示凝胶因子通过分子间非共价键作用发生超分子自组装. 采用微动摩擦磨损试验机(SRV-IV)对超分子凝胶润滑剂进行摩擦学评价,结果显示,p-cresol-AOT在不同的基础润滑油中形成的凝胶均能提高该基础油的耐极压,减摩和抗磨性能. 该凝胶润滑剂之所以具备良好的润滑性能主要归结于凝胶因子起到了润滑添加剂的作用,在摩擦过程中形成有效的边界保护膜从而减少了摩擦副的直接接触,起到了良好的润滑保护作用.      

有机二硫化物极压添加剂结构与润滑性能的理论研究

运用Gaussian98量子化学程序包,采用密度泛函理论(DFT)及从头算(ab initio)方法,在B3LYP/6-31G和HF/6-31G水平上对12种有机二硫化物的分子几何构型、电子结构、分子轨道指数及与铁原子簇的相互作用等进行了理论计算;由前线分子轨道理论分析了反应的活性原子和活性键,运用轨道能量近似原则讨论了有机二硫化物与铁原子的作用方式;以前线电子密度、超离域性指数和原子净电荷等参数作为表征有机二硫化物与金属作用强弱的判据,分析了有机二硫化物与铁原子间键合的强弱及反应性大小.结果表明:当有机二硫化物与铁接触时,趋向于发生S-S键和C-S键断裂;随碳链的增长,有机二硫化物的抗磨性能增强,极压性能减弱,与相应的摩擦磨损试验结果一致.所用的量子化学方法在润滑添加剂结构-性能研究领域具有良好的应用前景,可用以指导润滑添加剂的分子设计.     

基于界面超分子主客体识别作用的仿生自修复水润滑研究

通过界面超分子主客体识别作用，成功地将端金刚烷基聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾分子组装到接枝环糊精分子的硅片表面；通过原子力显微镜，表面元素分析，膜厚变化，表面润湿特性等手段证实该聚合物的成功组装. 通过摩擦试验证实:表面组装端金刚烷基聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾分子后，在轻载条件下，具有极低的摩擦系数，呈现流体润滑状态；而在高载荷条件下，可能是由于表面组装的聚合物被部分剪切掉而呈现较高的摩擦系数. 更重要的是，基于这种超分子作用间的可逆的非共价相互作用，该表面可呈现一种自修复的润滑效果，即在部分端金刚烷基聚甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾分子被剪切掉后，在客体大分子稀溶液中自组装后可再次获得低摩擦系数状态。      

改性石墨烯增强聚四氟乙烯摩擦学性能的分子模拟研究

采用分子动力学模拟研究了接枝改性氧化石墨烯对聚四氟乙烯(PTFE)的增强作用与摩擦学性能的影响,首先选用KH550、KH560和KH570三种硅烷偶联剂接枝氧化石墨烯(GO),在填入纯聚四氟乙烯后计算其机械性能与摩擦性能. 对比得出KH560的增强效果最好,杨氏模量和剪切模量分别提高了205%和116%,摩擦系数提高了39.6%. 然后选用聚酰亚胺(PI)接枝氧化石墨烯,对比了接枝改性与物理共混两种方式对增强效果的影响,结果表明接枝改性的增强效果优于物理共混. 最后通过分析界面间相互作用力、结合能、原子相对浓度和原子运动速度等方式揭示了接枝氧化石墨烯对聚四氟乙烯基体的增强机理.      

拉深用润滑剂的摩擦系数和压边力的关系研究

采用拉深用润滑剂性能评定模拟试验机研究不同种类的润润剂在不同压边力值条件下,拉深过程中的摩擦系数与压边力之间的关系。结果表明：试验用的油基润滑剂主 大拉深性能越好,受压边力的影响也越小,水基润滑剂受压边力的影响明显大于油基润滑剂,并且存在最佳压边力。     

2种有机功能分子的高温重载摩擦学行为和缓蚀性能研究

首先通过摩擦学和电化学方法,对比研究了B-N系添加剂(三乙醇胺硼酸酯,TAB)和P系添加剂(磷酸三甲酚酯,TCP)2种有机功能分子高温重载条件下在聚乙二醇(PEG)基础油中的摩擦学行为,以及在盐酸腐蚀溶液中的缓蚀性能.然后采用扫描电子显微镜与X射线光电子能谱等表面分析手段对磨损表面和腐蚀表面的微观形貌进行深入研究,并分析讨论了2种有机功能分子的高温润滑承载和缓蚀机理. 2种有机功能分子作为PEG添加剂的承载能力均超过了400 N,表现出优异的高温极压性能.在高温重载摩擦磨损试验中,TAB作为添加剂能够显著降低PEG基础油的摩擦系数和磨损量,表现出良好的减摩抗磨效果;对于TCP而言,作为添加剂可以明显降低PEG基础油摩擦系数,却表现出加剧磨损的现象.电化学试验结果表明,2种有机功能分子都具有一定的缓蚀作用,TAB缓蚀效率优于TCP.结合表面分析结果发现,TAB作为添加剂能够在金属表面形成较强吸附膜以及以硼酸酯、硼的氧化物和氮化物为主的非牺牲性摩擦膜,从而表现出良好的缓蚀性能和优异的高温极压抗磨性能;TCP作为添加剂与金属表面发生了较为剧烈的摩擦化学反应,生成以磷酸铁和氧化铁为主的致密摩擦...     

分子沉积膜纳米压痕过程的分子动力学模拟

在利用联合原子模型并考虑静电力作用的基础上，采用分子动力学模拟方法研究了金探针作用下分子沉积膜的纳米压痕过程，并对其纳米力学行为进行了理论分析．结果表明，分子沉积膜在探针压下过程中出现了明显的接触跳跃现象，探针下面的膜的分子倾角和法向载荷呈现出相同的滞后趋势，这可能是探针和分子沉积膜之间粘着力作用的结果．     

超薄油膜润滑的分子动力学模拟Ⅰ．刚性分子模型

分子量级超薄油膜的润滑特性与流体润滑及边界润滑的都有所不同，而且在超薄油膜中也同样存在着润滑剂的流动。因此，利用分子动力学方法模拟了超薄油膜中的压力流动，模拟中采用了刚性分子流体模型，重点研究固体壁面对流动的影响，结果表明，当油膜厚度远比流体分子“直径”大时，模拟所得速度剖面和流量均与流体力学的理论值基本一致；随着油膜厚度逐渐变薄，压力流动或动压流因受到固体壁面的阻碍作用而不断减小；当油膜厚度减小到几个分子直径量级时，两固体壁面之间的流体分子发生固化或晶体化，由此而导致压力流动消失。这可能是流体动力润滑向边界润滑转化的机理之一。由这些研究结果可见，分子动力学模拟在薄膜润滑研究中具有广阔的应用前景。     

双原子分子晶体振动弛豫过程的分子动力学研究

用分子动力学方法研究瞬时加热振动自由度后的能量弛豫过程.晶元包含128个双原子分子,采用周期性边界条件和体心立方结构,对于分子内和分子间原子相互作用采用双莫尔斯势.发现平衡时间的对数与因子,f_21之间存在线性关系,而f_21正比于分子内振动与格波振动的频率比.     

界面接触特性对两种自组装分子膜摩擦特性的影响

利用多功能微摩擦磨损试验机，在不同滑动速度和载荷条件下，采用不同摩擦副分析了界面接触特性对自组装分子膜摩擦特性的影响，同时采用Lennard-Jone势对铜和镍与三氯十八硅烷(OTS)和3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APS)自组装分子膜之间的相互作用进行了比较。结果表明，镍同OTS和APS对摩的摩擦系数均大于铜同2种自组装分子膜对摩的摩擦系数，这是因为镍与自组装分子膜间具有较强的相互作用所致。铜和镍与OTS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而增大，随载荷增加而减小；铜与APS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而减小，载荷对摩擦系数的影响则很小；而镍与APS对摩的摩擦系数随滑动速度增加而增大，随载荷增加而减小．可以用分子弛豫来解释2种自组装分子膜的摩擦特性差异。     

利用分子轨道理论研究石墨的润滑机理

利用EHMO分子轨道方法完成了石墨及石墨-吸附氢体系的分子轨道计算,确定了氢原子的最稳定吸附位置、氢原子与石墨之间的电荷转移、净电荷分布和吸附对石墨层间结合力的影响。正是这种层间结合力的变化使得在有气氛条件下石墨的润滑性能比真空环境下的有所改善。     

石英岩表面分子沉积膜的微观摩擦性能试验研究

利用原子力显微镜对石英岩表面单层分子沉积膜的微观摩擦特性进行了研究,发现该分子沉积膜具且定的减摩性。通过对其表面力－位移曲线、表面形貌像、调制力像和摩擦力像的进一步分析表明,石英岩表面分子沉积膜具有减摩作用的原因在于它能够降低表面的粘着力并对表面具有微观修饰作用。     

常规矿油和酯基润滑剂原位形成的固体润滑膜

在300～1000℃的温度范围内,当气态常规矿油或酯基润滑剂与纯氮气或空气相混合时,在高温轴承表面上不能生成厚的固体润滑膜。然而,本研究表明在上述体系的纯氮气中含1～5％的氧气时,则能于300～1000℃内在轴承表面上生成厚的固体润滑膜。固体润滑膜似乎以一定的速率形成,并取决于气相中的润滑剂含量。如按固体润滑膜与轴承表面的粘着来衡量其质量,则其质量似乎与气相中的氧含量有关。润滑剂用量不变,固体沉积膜的质量可以从缺氧条件下的油漆状变到富氧条件下的多颗粒结构且更易被磨损。酯基团和碳-碳单键之间热稳定性的差异似于也对固体沉积膜的形成速率起着重要的作用。     

硼酸酯对ZDDP和氯化石蜡减摩抗磨性能的影响

通过摩擦学性能测试和摩擦表面膜成份的ｘ－射线能量色散谱（ＥＤＳ）分析，研究了硼酸酯同氯化石蜡和二烷基二硫代磷酸锌（ＺＤＤＰ）相互作用机理。试验结果表明；硼酸酯具有良好的减摩效果。氯化石蜡含量影响其与硼酸醒的相互作用效果。石油磺酸钙用作分散剂使硼酸酯的抗磨性能变差，ＺＤＤＰ与硼酸酯在摩擦过程中互相竞争金属表面，从而改善硼酸酯的抗磨性，硼酸酯，氯化石蜡，ＺＤＤＰ之间在减摩抗磨性能方面产生“协同效应。     

石英岩表面分子沉积膜的微观摩擦性能的试验研究

利用原子力显微镜对石英岩表面单层分子沉积膜的微观摩擦特性进行了研究,发现该分子沉积膜具有一定的减摩性.通过对其表面力-位移曲线、表面形貌像、调制力像和摩擦力像的进一步分析表明,石英岩表面分子沉积膜具有减摩作用的原因在于它能够降低表面的粘着力并对表面具有微观修饰作用.     

聚合物仿生润滑剂研究进展

生物体内界面之间表现出了极低的摩擦系数,生物大分子润滑剂在其中起到了重要的润滑作用.受此启发,仿生润滑剂的设计和相关润滑机理的研究引起了科研工作者的广泛关注.本文从结构仿生和功能仿生两个方面,综述了聚合物仿生润滑剂的研究进展,分类介绍了水溶性高分子、聚合物微凝胶、聚合物刷修饰复合微球作为仿生润滑液的设计思路、润滑机理及应用研究.