功能化改性氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备及真空边界润滑状态下摩擦学行为研究

The rapid development of aerospace technologies in our country posed challenges for the design of friction pairs in aerospace equipment. In response to the challenges, development of high-performance friction pairs exposed to aerospace environment is of great importance. In this project, functionalized graphene oxide (GO) will be compounded into polymer matrix. The tribological behaviors of GO reinforced polymer materials will be explored under vacuum and boundary/mixed lubrication conditions. The micro-/nano-structures of the tribofilms will be thoroughly characterized by using cutting edge technologies, based on which the formation mechanisms of the tribofilms will be elucidated. Moreover, the micro-/nano-scale mechanical properties of the tribofilms will be evaluated, and thereby the mechanisms how they affect the tribological performance of the polymer composites will be investigated in-depth. It is expected that the outputs of this project will enrich liquid-solid lubrication theories. Moreover, this research will pave a route for design of high-performance friction pairs exposed to aerospace environments.

我国航天事业的迅猛发展对空间装备运动结构的高效润滑提出了越来越高的要求。本项目针对空间装备对高可靠性、长寿命润滑材料与技术的迫切需求，立足固-液润滑理论的研究前沿，基于聚合物复合材料-金属摩擦副的设计理念，将功能化接枝改性和纳米负载改性的氧化石墨烯引入到聚合物基体材料中，保证在真空环境和边界/混合润滑状态下功能化改性氧化石墨烯向摩擦界面可控释放，干预摩擦副表面摩擦化学反应，促进高承载能力转移膜在摩擦过程中的原位生成。拟采用真空环境摩擦实验测试系统，系统考察功能化改性氧化石墨烯对聚合物复合材料真空边界润滑状态下摩擦学性能的影响规律，借助先进的微/纳尺度材料结构与性能分析技术，结合摩擦化学分析手段，阐明功能化改性氧化石墨烯影响转移膜形成的机理，揭示转移膜改变复合材料磨擦学性能的微观机制。研究结果可丰富真空边界润滑状态运动机构的固-液润滑理论体系，为空间装备运动机构的摩擦副设计提供新思路。

我国航空航天事业的迅猛发展以及空间设备的多样化，使空间润滑材料及润滑技术面临新的挑战。相关运动机构的极端服役工况使得单一的液体润滑或固体润滑形式无法满足未来装备对相关运动机构长寿命和高可靠性的要求。本研究基于固液复合润滑体系的发展，立足于采用聚合物复合材料-金属摩擦副的设计理念，将功能化接枝改性和功能化负载改性的氧化石墨烯引入到聚合物基体材料中，深入研究边界/混合润滑条件下聚合物复合材料的摩擦学机理，深入分析了摩擦副表面摩擦化学反应，定量表征了摩擦对偶表面转移膜的微纳米结构，揭示了边界/混合润滑条件下氧化石墨烯促进摩擦界面转移膜生长的机理及其改变聚合物复合材料宏观摩擦学的作用机制。本项目研究拓展了氧化石墨烯及聚合物复合材料在摩擦学领域的应用，为适用于固液复合润滑体系的新型摩擦副材料的开发提供了新的研究思路和技术方案。相关研究成果在Carbon、Chemical Engineering Journal和Tribology International等本领域知名期刊发表SCI论文6篇，申请发明专利4项。