[发明专利]一种摩擦表面生长石墨烯的宏观超滑方法

说明书

本发明提供了一种摩擦表面生长石墨烯的宏观超滑方法，属于宏观润滑技术领域。摩擦副配对表面为高定向热解石墨、二硫化钼、二硫化钨、或者生长石墨烯的石英、铜或镍。润滑颗粒的粒径为0.5‑100μm，单一或不同粒径组合。清洗后的摩擦副或润滑颗粒放入等离子增强化学气相沉积管式炉内，通入氢气，40‑60min升温至600‑1000℃，通入甲烷作为生长前驱体，生长时间为20‑60min。将润滑颗粒均布在摩擦副上、下表面之间，施加载荷为1mN‑1N，摩擦距离为0.5‑2mm，摆动频率为0.1‑2Hz。在室温条件下，经过800‑1000s的测试，摩擦系数稳定在0.003‑0.008。本发明实现了表面宏观超滑方法。

技术领域

本发明提供了一种摩擦表面生长石墨烯的宏观超滑方法，属于宏观润滑技术领域。

背景技术

在人们的生活中，摩擦随处可见。据报道，摩擦和磨损导致的损失占到国民生产总值的2-7％，汽车中燃料的近1/3用于克服摩擦力而消耗，磨损的产生极大地降低了机械部件的服役寿命。摩擦及其引发的磨损，对当今世界范围内的能源、环境、技术和经济等层面都有着巨大影响。摩擦力降低20％，由于节省能源和环境保护的效应，对消费经济将起到巨大的影响作用。因此，在同样的工况下，降低机械运动过程中摩擦副间的摩擦力，减小摩擦副表面间的摩擦系数，是国际上的热点和难点问题。

近几年来的超滑技术引起了人们的广泛关注，取得了很好的进展，但超滑尺度也仅仅局限于微米级甚至纳米级，难以在实际的看得见的机械运动部件上应用，因此实现表面宏观超滑是极其困难的，也是国际摩擦学、先进制造、能源、物理、化学、材料等领域的热点和难点问题。

石墨烯作为一种新型的二维碳材料，具有优异的力学性能，结构十分稳定，在强外载条件下不易受到破坏，因为石墨烯层内具有超强的C-C共价键作用，使得碳原子之间的连接十分柔韧，当施加外力作用时碳原子面发生弯曲变形，而碳原子之间不必重新排列就可以保持良好的结构稳定性。同时，其具有原子尺度的厚度和低剪切强度的层状结构、高的机械强度、低的表面能，以及在苛刻环境下的化学稳定性。另外，石墨烯具有在干湿条件下，摩擦系数相同的特性，这点极其难得，因此，石墨烯是一种宏观超滑的具有重大潜在应用价值的材料。

发明内容

本发明提供了一种摩擦表面生长石墨烯的宏观超滑方法，属于宏观润滑技术领域。

本发明的技术方案：

一种摩擦表面生长石墨烯的宏观超滑方法，步骤如下：

采用化学气相沉积方法在摩擦副表面和润滑颗粒表面生长多层石墨烯，实现宏观超滑，步骤如下：

1)摩擦副表面的材质为石英、铜或镍；摩擦副配对表面的材质为高定向热解石墨、二硫化钼、二硫化钨、生长石墨烯的石英、生长石墨烯的铜或生长石墨烯的镍；

2)润滑颗粒为石英、铜或镍；

3)将摩擦副和润滑颗粒用丙酮超声清洗10-30min；

4)清洗后的摩擦副或润滑颗粒放入等离子增强化学气相沉积管式炉内，通入氢气，气体流量为10-100sccm，40-60min升温至600-1000℃，通入甲烷作为生长前驱体，气体流量为10-100sccm，射频功率为150-500W，生长时间为20-60min，生长完成后，自然冷却到室温；生长的石墨烯层数为1-10层；

5)润滑颗粒和摩擦副均生长完成后，将润滑颗粒均匀覆盖在摩擦副表面、配对表面间，测量摩擦系数；

6)测量设备为微力摩擦磨损试验机，施加载荷为1mN-1N，摩擦距离为0.5-2mm，摆动频率为0.1-2Hz；在室温条件下，经过800-1000s的测试，摩擦系数稳定在0.003-0.008。

所述的润滑颗粒的粒径为0.5-100μm，单一粒径或不同粒径组合。