固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

石墨烯具有原子层级的厚度，超高的硬度及杨氏模量，强的化学惰性及结构稳定性，并可堆积成具有低剪切力的层状结构，具有低的表面能，这些独特的性质使石墨烯成为前景广阔的新型高效润滑材料。但同时由于石墨烯超薄的厚度，宏观样品中不可避免的缺陷及晶粒边界，所以其在较大载荷下的抗磨损性能有待提高。本论文从润滑油添加剂和固体润滑薄膜两个方面着手，将石墨烯与具有卓越抗磨损性能的二氧化铈纳米颗粒复合，通过协同作用增强其摩擦学性能，主要研究内容及结果如下：

1. 通过简单的水热法制备了石墨烯-立方萤石结构的二氧化铈纳米粒子复合物，并将该复合物作为润滑油添加剂，测试了其摩擦学性能，结果证明了复合物具有优异的摩擦学性能，非常少量的添加剂(0.06 wt%)即可将摩擦系数降为基础油的1/2，磨损率降为基础油的1.5%。与多种润滑油添加剂(石墨烯、二氧化铈、石墨烯与二氧化铈的物理混合物、石墨、二烷基二硫代磷酸锌)对比，探讨了其间摩擦学性能的差异，初步研究了复合物的摩擦学机理，发现性能优越的转移膜的形成是其减摩抗磨的主要原因。

2. 利用自组装技术，在单晶硅表面制备了以3-氨丙基三乙氧基硅烷自组装膜为连接层的二氧化铈-氧化石墨烯复合薄膜，实现了原位制备氧化石墨烯-无机纳米粒子复合薄膜，该方法简单易行，温和节能，不需要任何修饰改良过程。研究了该薄膜的摩擦学性能，发现其在较大载荷下(2 N)仍具有超长的抗磨损寿命，长达氧化石墨烯薄膜的8倍多。初步探讨了复合薄膜的摩擦学机理，发现滑动效应、剥离转移及沉积修复可能是决定其优异摩擦学性能的主要原因。