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其摩擦系数降低37%

2019-04-14 20:31

  1949年,伴随着新中国的诞生,中国科学院成立。

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。

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  中央纪委国家监委驻中国科学院纪检监察组

  院直接投资的全资及控股企业

  中国科学院重点实验室

  国家工程技术研究中心

  中国科学院杰出科技成就奖

  中国科学院国际科技合作奖

  中国科学院科技促进发展奖

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  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

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  学部科学道德建设委员会

  学部学术与出版工作委员会

  学部科学普及与教育工作委

  中国科学院第十九次院士大会

  中国科学院第十八次院士大会

  中国科学院第十七次院士大会

  中国科学院第十六次院士大会

  中国科学院第十五次院士大会

  中国科学院第十四次院士大会

  中国科学院第十三次院士大会

  历次院士大会

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  其他工作规则与管理办法

  宁波材料所在石墨烯水润滑添加剂领域取得进展

  文章来源:宁波材料技术与工程研究所发布时间:2019-04-01【字号:】

  摩擦磨损现象普遍存在于机械系统的运动部件中,其会导致巨大的能量消耗并引起机械部件的损坏,降低机械装备运行的可靠性和安全性。水基润滑剂具有成本低廉、安全可靠性高、冷却性好、无毒性和不易燃等特点,是一种环境友好型润滑剂,可应用到矿井等高温、严禁明火的环境中。但是其实际应用却因较低的运动粘度、有限的润滑性能和易腐蚀性而具有一定的局限性。石墨烯是一种具有优异力学性能的二维碳基纳米材料,且片层之间滑动为摩擦系数极低的超滑滑动,发展石墨烯基水润滑添加剂有望突破现有水润滑介质的性能极限,大幅提升先进水润滑系统的寿命和可靠性。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋功能材料团队通过对石墨烯进行功能化修饰使其可稳定分散于水中,从而开发出了一种环境友好型的水基润滑剂,可有效降低摩擦副的摩擦系数和磨损。通过甲苯二异氰酸酯作为桥联剂制备出了单端带有氨基的聚乙二醇衍生物(PEG),利用其上的氨基与羧基化石墨烯上的羧基发生酰胺化反应得到聚乙二醇共价键功能化修饰的石墨烯(PEG-G),修饰后的石墨烯在水中的溶解度提高了62%。PEG提高了石墨烯的水分散性和对摩擦副的润湿性,使其在摩擦副表面形成润滑保护膜,避免了摩擦副之间的直接接触,从而降低了摩擦系数和磨损率,摩擦系数最大降低约39%,磨损率最大降低约81%。相关研究内容发表在Carbon,2018,137,41-48,并申请了国家发明专利(CN108130159A)。

  另外,该团队利用具有吸附性的β-乳球蛋白(BLG)作为剥离剂和分散剂修饰还原氧化石墨烯(RGO),蛋白质可与RGO残余的氧化基团产生氢键,其憎水基团可与RGO表面产生相互作用,亲水基团朝向水相从而促使还原氧化石墨烯可在水中稳定分散达8个月。由于蛋白质在金属表面固有的吸附性能,BLG-RGO可在摩擦副表面形成稳定的吸附层,在摩擦前期阻碍摩擦副的接触并阻止水和水中溶解的氧气对摩擦副的腐蚀。在摩擦过程中,石墨烯的片层结构使其具有较低的摩擦系数,并且吸附层嵌入磨痕中,形成摩擦膜,降低其磨损率。BLG-RGO作为水基润滑添加剂具有优异的润滑性能和缓蚀性能,其摩擦系数降低37%,磨损率降低45%,缓蚀效率达92%。相关工作发表在Tribology International,2019, 135, 277-286,并申请了国家发明专利(CN 108517238A)。

  上述工作获得国家杰出青年科学基金(51825505)、江苏省重点研究发展计划(BE2016115)和宁波市工业重大科技项目(2017B1004)等的资助。

  图1 (a) PEG-G合成示意图,(b) PEG-G作为水基润滑添加剂的摩擦系数,(c) 润滑机理图

  图2 (a) GO、RGO和BLG-RGO分别静置15天和8个月的数码照片,(b) BLG-RGO作为水基润滑添加剂的摩擦系数曲线,(c) BLG-RGO的平均摩擦系数和磨损率,(d) BLG-RGO作为水基润滑添加剂的润滑机理

  (责任编辑:叶瑞优)

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