層狀液晶中鋯納米顆粒的制備及其抗磨性能研究

層狀液晶中鋯納米顆粒的制備及其抗磨性能研究

由于粒徑?。?lt;100nm）和表面面積大，納米顆粒具有特殊的性質(zhì)。在文獻(xiàn)中，ws2和pbs納米顆粒的摩擦學(xué)性能是由表面活性劑等組成的一個(gè)由兩個(gè)分子組成的有序納米顆粒（rc）。由于涂層結(jié)構(gòu)，可以用作涂層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，將層析員的兩個(gè)親水平臺(tái)上作為層壓板，并將球形納米顆粒引入板塊中。板塊之間的滑動(dòng)更容易，因此也可以獲得良好的潤(rùn)滑性復(fù)合體系。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)制備層析員的離心分離、清洗和干燥等分離過(guò)程，直接合成納米顆粒，從而通過(guò)制備層析員的混合系統(tǒng)來(lái)改善層析員的滑動(dòng)效果。為了避免金屬離子和表面活性劑的沉淀，我們選擇了非離子表面活性劑的多酚聚氧醚（triusx-100）。稀疏水鏈為辛烷醇，親水鏈為聚氧乙烯醚，平均聚合度為10。本文報(bào)道的TritonX-100體系層狀液晶中ZnS納米微粒的抗磨性,其相關(guān)的摩擦學(xué)研究迄今在國(guó)內(nèi)外尚不多見(jiàn).1試驗(yàn)部分1.1納米顆粒形貌及粒徑表征TritonX-100(Aldrich)純度>99%,正癸醇、無(wú)水乙醇、乙酸鋅和硫化鈉均為分析純,水為2次蒸餾水.以JEM-100CX型透射電子顯微鏡(TEM)表征納米顆粒的形貌及粒徑.1.2層析成像區(qū)域的確定按不同組成配樣,充分振蕩混合后,置恒溫水浴(25±0.1)℃中恒溫12h以上,用偏振光顯微鏡判斷溶致液晶單相的種類(lèi).1.3納米顆粒的提取分別以一定量的0.1mol/L的Zn(CH3COO)2和Na2S水溶液代替組分水制備層狀液晶,然后將2種層狀液晶混合,Zn(CH3COO)2和Na2S水溶液在層狀液晶的溶劑中發(fā)生反應(yīng)并生成白色ZnS納米顆粒沉淀.取少量沉淀離心分離、洗滌、分散和干燥,用于電子顯微鏡分析和X射線衍射測(cè)試,其余不經(jīng)分離和洗滌,直接進(jìn)行潤(rùn)滑性能測(cè)試.1.4試環(huán)的材質(zhì)與尺寸用濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)的MRH-3型高速環(huán)-塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察層狀液晶及分散有硫化鋅納米顆粒的層狀液晶對(duì)鋁合金塊/鋼環(huán)摩擦副副的極壓抗磨作用;試環(huán)轉(zhuǎn)速800r/min,試驗(yàn)時(shí)間1200s,環(huán)境溫度25℃.試環(huán)材質(zhì)為AISI52100鋼,硬度為59～61HRC,尺寸為49mm;試塊材質(zhì)為Al-Si合金(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～15%Si),試環(huán)和試塊使用前均用楊漢民男,31歲,在讀博士生,主要從事分子有序組合體及其功能研究.800#金相砂紙打磨至鏡面.試驗(yàn)結(jié)束后用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出鋁合金試塊的磨痕寬度(W).2結(jié)果與討論2.1黨內(nèi)組分注射電液znch2cio2水溶液圖1示出了TritonX-100/C10H21OH/H2O體系的部分相圖,圖中實(shí)線示為單相區(qū)域是以水為溶劑時(shí),TritonX-100表面活性劑與C10H21OH助表面活性劑形成的層狀液晶區(qū);點(diǎn)畫(huà)線所示單相區(qū)域?yàn)橐?.1mol/L的Zn(CH3COO)2水溶液代替組分水后的層狀液晶區(qū);虛線所示單相區(qū)域?yàn)橐?.1mol/L的Na2S水溶液代替組分水形成的層狀液晶區(qū)域.顯然,Zn(CH3COO)2和Na2S的存在降低了層狀液晶的穩(wěn)定性,使得TritonX-100/C10H21OH/H2O體系層狀液晶區(qū)域面積縮小.圖2所示為層狀液晶的結(jié)構(gòu)示意圖,其中層狀液晶的層間距d可由小角度X射線衍射測(cè)定.溶劑在層狀液晶中的分布狀態(tài)有2種,其一是滲透進(jìn)入兩親雙層,其二是在表面活性劑極性基團(tuán)之間形成溶劑層,溶劑層厚度dw=d-do(見(jiàn)圖2).根據(jù)小角度X射線衍射測(cè)量結(jié)果,可計(jì)算出溶劑層厚度dw,該體系溶劑層厚度dw約為3nm.這表明在TritonX-100/C10H21OH/H2O體系層狀液晶中合成納米顆粒是可能的.2.2zns納米顆粒的表征在圖1所示的Zn(CH3COO)2和Na2S水溶液層狀液晶共同區(qū)域內(nèi),分別以Zn(CH3COO)2和Na2S水溶液代替組分水制備層狀液晶,然后將2種層狀液晶混和,得到白色沉淀,經(jīng)高速離心機(jī)離心分離出沉淀顆粒,用無(wú)水乙醇充分洗滌,再經(jīng)真空干燥即得到ZnS納米顆粒.圖3示出了所制備的ZnS納米顆粒的TEM形貌照片.可以看出,所制得的ZnS納米顆粒為粒徑約10nm的球狀顆粒,且分布比較均勻.這是因?yàn)閆n(CH3COO)2和Na2S均為水溶性鹽,二者均可以存在于層狀液晶體系的溶劑層中.將分別以Zn(CH3COO)2水溶液和Na2S水溶液為溶劑制備的層狀液晶充分混合后,ZnS顆粒即在層狀液晶溶劑層中析出,其粒徑大小受到層狀液晶溶劑層厚度的限制,所得ZnS顆粒的粒徑在納米級(jí)范圍內(nèi).2.3“將+n-顆?！钡摹皩⒘?rùn)滑”與雙鍵潤(rùn)滑rox-100/紅色圖4示出了TritonX-100/C10H21OH/H2O層狀液晶(簡(jiǎn)記為L(zhǎng)LC)及其含ZnS納米顆粒的混合體系(簡(jiǎn)記為L(zhǎng)LC/ZnS)潤(rùn)滑下鋁合金試塊磨痕寬度隨載荷的變化關(guān)系曲線.鑒于在ZnS納米顆粒制備過(guò)程中,0.1mol/L的Zn(CH3COO)2和0.1mol/L的Na2S水溶液發(fā)生反應(yīng),并生成了0.2mol/L的CH3COONa,因而本研究采用0.2mol/L的CH3COONa水溶液代替組分水配制層狀液晶作為空白對(duì)照.從圖4可以看出,與不含ZnS納米顆粒的LLC相比,LLC/ZnS潤(rùn)滑下鋁合金試塊的磨痕寬度較小,表明在TritonX-100/C10H21OH/H2O體系層狀液晶中,ZnS納米顆粒的引入可提高體系的抗磨性能.同時(shí)還可以看出,在載荷600～2000N范圍內(nèi),與不含ZnS納米顆粒的層狀液晶體系相比,LLC/ZnS納米顆粒混合體系潤(rùn)滑下鋁合金磨痕寬度增加的幅度較小,表明在載荷600～2000N范圍內(nèi),LLC/ZnS混合體系在摩擦副表面所形成的潤(rùn)滑膜較為穩(wěn)定,抗磨性能良好.此外,層狀液晶和含ZnS納米顆粒的層狀液晶潤(rùn)滑下最大負(fù)荷