1、技术领域概述

石墨烯和氟化石墨烯具有优异的摩擦学性能，但在基础油中的分散稳定性差，限制了其摩擦学性能的深入研究和实际应用。通过与具有抗磨性能的无机纳米材料的复合改性，如将二氧化铈（CeO₂）、二氧化锆（ZrO₂）纳米颗粒负载于石墨烯上，复合材料在基础油中的分散石墨稳定性得到很好改善，表现出了更好的承载、减摩和抗磨等摩擦学性能。

2、取得的主要研究成果及形成的主要产品/技术

（1）CeO₂/石墨烯复合材料（COGNCs）制备及其作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

研究发现，当水热反应中加入GO（2.8mg/L）与Ce(NO₃)₃（0.025 mmol/mL）的体积比为2：1时，获得的COGNCs性能最佳，CeO₂在GO上分布均匀，平均直径在10nm左右。COGNCs能够稳定分散在基础油中，与单纯的石墨烯、CeO₂及商业化ZDDP对比，其减摩抗磨性能最优。分析作用机理：COGNCs的层状结构以及在基础油中良好的分散性，使其可以很容易地转移到摩擦副表面上形成转移膜，防止粗糙表面的直接接触，从而使摩擦系数和磨损率大大降低；同时，CeO₂纳米颗粒的存在进一步增加了石墨烯的微硬度，使复合物薄膜更持久。

（2）ZrO₂/rGO纳米复合物作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

采用一步水热法制备了ZrO₂/rGO纳米复合物，通过调节前驱体溶液的体积比实现了ZrO₂纳米颗粒在rGO表面的均匀负载，并探讨了二者的结合机理，即带正电的Zr(IV)配离子通过静电吸附在带负电的GO表面，经过形核，长大以及GO的还原，最终形成复合物。所制备的ZrO₂/rGO复合物显著提高了rGO在基础油中的分散稳定性，这种通过无机纳米颗粒的修饰，为改善石墨烯分散稳定性提供了新的有效途径。ZrO₂/rGO复合物具备优异的摩擦学性能，非常少量的ZrO₂/rGO添加剂即可大幅度地降低润滑油的摩擦系数、磨损率及极压性能，当添加剂浓度为0.06 wt.%时，润滑油平均摩擦系数可从基础油的0.263降低到0.118，磨损率显著降低到基础油的6.4%，且其负荷能力高达450 N。

（3）氟化石墨烯基润滑油添加剂

所制得的三种不同氟含量的样品在PAO-40基础油中均显示较好的分散稳定性，静置一周未发现聚沉现象。利用SRV摩擦试验机在350 N、20 Hz条件下，对不同添加量下的油样进行摩擦测试，发现随样品中氟含量的升高，最优添加量得到减少，减摩性未明显体现，但耐磨性明显提高，摩擦寿命得到延长。对相关的磨痕体积进行测量发现磨损体积与磨损率与氟含量成负相关关系。作为润滑油添加剂，氟化石墨烯凭借内在的组成和结构特点，表现出较好的耐磨损性能，同时确定氟含量是影响氟化石墨烯摩擦性能的重要因素。

（4）石墨烯/二硫化钼异质结构的制备及增强润滑表现

采用一步合成法，以氧化石墨烯为原始基体材料，加入二硫化钼前驱体钼酸钠和硫代乙酰胺水热反应得到粉末状样品。将所得的产物超声分散于石蜡油中，石蜡油的边界性能较差，加入添加剂可以更明显显示出添加剂的效果。发现样品的稳定分散时间可达2周，沉降后稍加晃动便可重新分散。摩擦测试表明，单纯的二硫化钼和石墨烯加入后摩擦系数无明显变化，G/MoS₂样品的摩擦系数降低~20%，稳定摩擦时间也可持续更长时间。对磨损情况的分析表明，加入添加剂后，磨损情况可以得到明显的改善。

3、应用情况/应用前景

石墨烯和氟化石墨烯自身的独特性质使其可以成为新型高性能的润滑剂，通过与无机纳米材料复合，复合材料在基础油中的分散稳定性，以及减摩抗磨性能都得到了显著的提升。获得的新型润滑添加剂，在机械润滑油/脂中具有潜在的应用价值。