石墨烯—ZrO2复合纳米材料的制备与性能研究开题报告
2021-12-12 18:34:48
1. 研究目的与意义及国内外研究现状
摩擦是自然界中普遍存在的自然现象,人们的日常生活和生产离不开摩擦,但是摩擦在被人们利用带来利益的同时,也带来了不可避免的危害,据统计,全世界一次能源中有30-50%消耗在摩擦上,润滑不良情况下造成的材料摩擦磨损高达60%以上。中国工程院的报告显示:发达国家每年因摩擦磨损造成的经济损失仅占国民经济总产值2-7%,而我国目前要占到国民总产值的15%以上,因此在我国采用先进的润滑技术节约能源的潜力巨大。在航天航空等高新技术领域,随着人们探索范围的不断扩大,对润滑技术的要求也越来苟刻,航空航天器由于大量的摩擦损失,导致能源损失和系统质量增加,使航空航天输运能力和探索范围受到限制,这要求润滑技术既要满足在极端的环境下工作,又要达到最低摩擦损失、最长使用寿命和结构最小化等要求。在汽车发动机中,因机械摩擦造成的损耗占到发动机总功率的15%,其中活塞环和缸套之间的摩擦损失占总损失的19%,有研究表明,每增加10%的机械损耗将导致1.5%的额外燃料消耗。除此之外,汽车零部件的主要失效形式为磨损,在发动机巾,因磨损造成的故障高达47.2%。摩擦磨损达到一定程度时,汽车的驾驶性能下降,安全性降低,对人们的生命安全造成威胁。
在能源日渐枯竭和国家大力倡导环保低碳的背景下,通过恰当的方法降低摩擦磨损从而达到节能减排的r的显得尤为重要。由于摩擦磨损主要发生在表面,通过在表面制备间体自润滑涂层可以显著降低摩擦磨损,除此之外,在润滑油中添加纳米同体润滑剂也是降低配副表面间摩擦磨损的重要方法。与此同时,先进润滑技术离不开新材料的开发,最近几年,碳类材料在摩擦领域的应用逐渐受到关注,特别是随着石墨稀的发现,将碳类材料在摩擦学上的应用推上了一个新的高度。
近5年来，基于石墨烯优异的力学性能，以及作为碳质固体润滑材料（零维富勒烯c60、一维碳纳米管、三维石墨）的基本结构单元，石墨烯的摩擦学性能及石墨烯基复合润滑材料的发展成为摩擦学领域的研究热点。
2. 研究的基本内容
| 1、不同稀土掺杂纳米氧化锆水热合成工艺的研究 2、不同稀土掺杂的纳米氧化锆组织结构及成分的研究 3、石墨烯复合掺杂纳米氧化锆的制备工艺研究 4、石墨烯复合掺杂纳米氧化锆组织结构及成分的研究 5、不同石墨烯-稀土掺杂ZrO2复合材料的耐摩擦性能 |
3. 实施方案、进度安排及预期效果
| 方案：1、采用水热反应制备二氧化锆，通过对比试验改进试验参数，掺杂不同稀土元素制备纳米氧化锆沉淀； 2、制得的沉淀进行离心、洗涤，烘干、烧结得到稀土掺杂的纳米氧化锆粉末； 3、通过测试XRD对纳米ZrO2粉末进行相结构分析； 4、通过SEM对纳米ZrO2粉末进行形貌测定及组织形貌观察； 5、通过可控气氛摩擦磨损试验仪的测试研究掺杂的稳定作用以及石墨烯添加对其产生的润滑作用。
进度： |
| 二月底：通过对比实验对原有的水热法进行改进； 三月：使用优化后的工艺制备在纳米氧化锆制备中掺杂稀土元素和石墨烯试验： ①纳米氧化锆中加入石墨烯 ②钇掺杂纳米氧化锆加入石墨烯 ③钇、铒掺杂纳米氧化锆加入石墨烯 ④钇、钐掺杂纳米氧化锆加入石墨烯 ⑤钇、钐、铒掺杂纳米氧化锆加入石墨烯 四月：用XRD、SEM、可控气氛摩擦磨损试验仪等测试钇、铒对纳米氧化锆的稳定作用以及石墨烯对其包覆性和润滑作用 五月：分析整理数据，进行论文的撰写，完善及最后定稿。 |
4. 参考文献
[1]密永娟，杨志刚等. zro2/rgo多层复合薄膜的构筑及其摩擦学性能研究[j]. 摩擦学学报, 2014, 34(5):477-481.
[2] hvizdos p, puchy v , duszova a, et al. tribological and electrical properties of ceramic matrix composites with carbon nanotubes[j].ceramics lnternational,2012,38:5 669一5 676
[3] mi y ,j, wang z f, liu x h, et al.a simple and feasible in-situ reduction route for preparation ofgrapbene lubricant films applied to a variety pf substrates[j].journalofmaterials chemistry.2012.22:8 036一8 042
