CN113481039A - 一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂及其制备方法 - Google Patents

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杨雪峰
张海军
余传文
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Abstract

本发明公开了一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，属于添加剂技术领域，具体包括如下步骤：将氧化石墨烯与二茂铁按照一定质量比例在溶剂中混合，后将混合物进行超声、洗涤、干燥处理，即可得到样品。本发明提供了一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂及其制备方法，在氧化石墨烯具有特殊的二维纳米层状结构、高机械强度和良好的导热性的基础上，利用氧化石墨烯与二茂铁分子之间的π‑πstacking作用将二茂铁分子结合到氧化石墨烯片层表面，构建氧化石墨烯@二茂铁纳米复合物；二茂铁的引入可以使氧化石墨烯片层在微观上的接触面积减小，起到降磨减阻、提高润滑性能的作用。

Description

一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂及其制备方法
技术领域
本发明属于添加剂技术领域，具体涉及一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂及其制备方法。
背景技术
随着发动机技术不断进步，发动机对汽车的作用也变得越来越重要，其寿命与运行效率除了受设计结构与运行方式影响外，更多地会受发动机机油能否更好地起到润滑作用影响。机油添加剂作为一种提高机油润滑性能与发动机运行效率的有效途径已经成为各大车企以及零部件供应商所研发攻关的重点。
仿生非光滑的概念于20世纪由国内外学者通过对一些典型的动植物(如荷叶，鲨鱼等)的非光滑表面进行研究后提出的全新概念，从客观角度在自然界中这种非光滑表面现象是普遍存在的。仿生非光滑可以简单理解为在光滑基体表面存在至少一种可以引起仿生非光滑效应的因素的宏观区域表面。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂及其制备方法，在氧化石墨烯具有特殊的二维纳米层状结构、高机械强度和良好的导热性的基础上，利用氧化石墨烯与二茂铁分子之间的π-πstacking作用将二茂铁分子结合到氧化石墨烯片层表面，构建氧化石墨烯@二茂铁纳米复合物；二茂铁的引入可以使氧化石墨烯片层在微观上的接触面积减小，起到降磨减阻、提高润滑性能的作用。
本发明通过如下技术方案实现：
一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，具体包括如下步骤：将氧化石墨烯与二茂铁按照一定质量比例在溶剂中混合，后将混合物进行超声、洗涤、干燥处理，即可得到样品。
优选地，将500mg的氧化石墨烯与150mg的二茂铁放入异丙醇溶液中，保证固体能够在异丙醇中充分分散，将混合物放入超声频率为 40KHz，超声输入功率为600W的超声清洗器中反应6小时；然后将混合物取出，放入85℃的鼓风干燥箱中干燥4小时，即可得到样品。
优选地，所述二茂铁占氧化石墨烯与二茂铁总质量的20％到70％。
优选地，所述溶剂为异丙醇。
优选地，所述超声的参数为，超声频率为40KHz，超声输入功率为600W，超声时间大于或等于6小时。
优选地，所述干燥的温度为85℃，时间为4-5小时。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明开发了一种具有极强降磨减阻能力的新型机油添加剂，利用分子间作用力将二茂铁分子引入氧化石墨烯片层间，形成微观仿生非光滑表面；同时，这种添加剂不会在发动机的运行过程中发生氧化、碳化等反应，影响发动机的正常工作，具有比较强的稳定性，满足日常发动机工作的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备流程图；
图2为本发明的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的不同放大倍数的扫描电镜图；
其中：(a)2000X；(b)4000X；(c)10000X；(d)20000X；
图3为不同机油添加物的平均摩擦系数图；
图4为不同机油添加物的平均汽油消耗量图。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明所采用的设备与试剂见表1及表2所示；
表1实验仪器
Figure RE-GDA0003174720200000041
表2实验材料与化学试剂
Figure RE-GDA0003174720200000042
Figure RE-GDA0003174720200000051
实施例1
将500mg的氧化石墨烯与150mg的二茂铁放入一定量异丙醇溶液中，保证固体能够在异丙醇中充分分散，将混合物放入超声频率为 40KHz，超声输入功率为600W的超声清洗器中反应6小时；然后将混合物取出，放入85℃的鼓风干燥箱中干燥4小时，即可得到样品。
实施例2
将500mg的氧化石墨烯与300mg的二茂铁放入一定量异丙醇溶液中，保证固体能够在异丙醇中充分分散，将混合物放入超声频率为 40KHz，超声输入功率为600W的超声清洗器中反应6小时；然后将混合物取出，放入85℃的鼓风干燥箱中干燥4小时，即可得到样品。
实施例3
将500mg的氧化石墨烯与500mg的二茂铁放入一定量异丙醇溶液中，保证固体能够在异丙醇中充分分散，将混合物放入超声频率为 40KHz，超声输入功率为600W的超声清洗器中反应6小时；然后将混合物取出，放入85℃的鼓风干燥箱中干燥4小时，即可得到样品。
实施例4减摩降阻作用的检验
准确量取50ml机油样品加入离心管中，取0.1g实施例1制备的氧化石墨烯@二茂铁纳米复合物样品加入量取好的机油中，充分混匀后将离心管放入超声清洗器中超声，时长为1h，结束后获得充分分散的机油样品，编号为1号。
对照组分别有空白机油样品、纯氧化石墨烯、氧化石墨烯与二茂铁物理混合以及纯二茂铁，按照1号机油样品的制作方法制作对照组的机油样品，分别编号为2、3、4、5号机油样品，其中4号物理混合机油样品是指使用未经反应的氧化石墨烯与二茂铁，在制作过程中只进行物理混合。
在添加样品过程中使用移液枪，每组试验滴加1ml机油样品于摩擦对件上并涂匀，每组摩擦实验时长为30min，转速为300r/min，压力为200N。
如图3所示，由不同添加物的平均摩擦系数图可以看出，作为实验组的1号样品呈现了最低的摩擦系数，为0.03-0.04；纯氧化石墨烯组摩擦系数高于1号样品，远低于其它组别，为0.05；物理混合组与纯二茂铁组摩擦系数相近，略低于纯机油样品组，为0.07；纯机油样品组摩擦系数最高为0.075。
结合图2及图3所示，说明本添加剂在各对照组的比较下拥有最好的降磨减阻的效果。
实施例5添加剂在实车实验中的降磨减阻检验
准确量取十份1L机油样品加入大烧杯中，取五份0.05g和五份 0.1g氧化石墨烯@二茂铁纳米复合物样品加入量取好的十份机油中，充分混匀后将离心管放入超声清洗器中超声，时长为1h，结束后获得充分分散的机油样品，编号为1-10号。
对照组为空白，按照上述制作方法制作对照组的机油样品，分别编号为1-10号机油样品，其中1-5号机油样品的添加剂浓度是 0.05g/L，6-10号机油样品的添加剂浓度是0.1g/L
在制作完机油样品后，按照下表的实验方案进行实验：
表3实验安排
Figure RE-GDA0003174720200000071
其中，为了保证发动机内部没有材料的残余，先进行空白组机油的实验，后进行实验组的实验；在进行空白组实验之后，要用1L 机油对发动机内部进行清洗，再加入实验组机油；考虑到实验过程中汽油的消耗量，每个组别只设立两个平行实验，且按时间节点记录汽油消耗量即可；考虑到安全问题，在实验过程中不能关闭发动机，汽油的补充需在发动机关闭之后。
从图4中可以看出，在怠速800r/min的工况下，添加剂浓度为0.05g/L的实验组呈现出了较好的降磨减阻的效应，其平均汽油消耗量为30ml/min，低于空白组32ml/min的消耗量；同时，添加剂浓度为0.1g/L的实验组平均汽油消耗量为34ml/L，高于空白对照组。实验说明，在怠速工况下，低浓度的氧化石墨烯@二茂铁添加剂有一定的节油作用。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将氧化石墨烯与二茂铁按照一定质量比例在溶剂中混合，后将混合物进行超声、洗涤、干燥处理，即可得到样品。
2.如权利要求1所述的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将500mg的氧化石墨烯与150mg的二茂铁放入异丙醇溶液中，保证固体能够在异丙醇中充分分散，将混合物放入超声频率为40KHz，超声输入功率为600W的超声清洗器中反应6小时；然后将混合物取出，放入85℃的鼓风干燥箱中干燥4小时，即可得到样品。
3.如权利要求1所述的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，其特征在于，所述二茂铁占氧化石墨烯与二茂铁总质量的20％到70％。
4.如权利要求1所述的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为异丙醇。
5.如权利要求1所述的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，其特征在于，所述超声的参数为，超声频率为40KHz，超声输入功率为600W，超声时间大于或等于6小时。
6.如权利要求1所述的一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为85℃，时间为4-5小时。
7.一种仿生非光滑表面结构的新型机油添加剂，其特征在于，由权利要求1-6的任意一项所述的方法制备得到。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (1)

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Title
金宗庆: "石墨烯@二茂铁微观仿生非光滑表面制备及摩擦性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

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