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孚创黑金——纳米石墨烯润滑油

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浏览:- 发布日期:2018-07-02 10:28:12【
什么是石墨烯

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜,是一种只有一个原子层厚度的准二维材料,所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法,薄膜生产方法为化学气相沉积法(CVD)。由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性,在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。

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石墨烯分类
1.单层石墨烯
单层石墨烯(Graphene):指由一层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
2.双层石墨烯
双层石墨烯(Bilayer or double-layer graphene):指由两层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。
3.少层石墨烯
少层石墨烯(Few-layer):指由3-10层以苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。
4.多层石墨烯
多层石墨烯又叫厚层石墨烯(multi-layer graphene):指厚度在10层以上10nm以下苯环结构(即六角形蜂巢结构)周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯对发动机起到保护的作用原理是:
在发动机高温高压的环境中,能在发动机金属表面形成一层极薄但具有极高抗压强度和耐磨性良好的钼合金保护层,合金层厚度饱和后润滑油中的硫结合产生MoS2,是一种层状结构的六方晶体薄膜,能够显著降低摩擦系数,剩余留在润滑油中随时修复被磨损的六方晶体薄膜。钼合金保护层和六方晶体薄膜在高温(1200度)、超低温、高转速、高压和真空条件下具有优异的润滑性能,可大幅减少引擎内部的摩擦,显著提高润滑油的抗氧化性能,有效地抑制润滑油的氧化降解,同时减少高温沉积物和低温油泥的形成,对发动机形成超强的综合的保护。

以顶级纯聚碳10聚阿尔法烯烃为载体,配合特殊的有机钼润滑配方,不会像普通发动机保护剂,冲淡机油粘度、影响原有机油添加剂的平衡,可以与任何规格的机油混合并发挥卓越的润滑效果。

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石墨烯对发动机的好处
1、超强的自清洁功能。石墨烯润滑油具有超强的自清洁功能,可以减少积碳的产生,降低30%左右的尾气排放。
2、超强的极压抗磨性。石墨烯润滑油具有超强的极压抗磨和粘合力,在高温,高压,高频率的机械运动中形成超强的石墨烯油膜,始终保持润滑性和粘性,从而降低5%-15%汽油油耗。
3、超强的氧化稳定性。石墨烯润滑油具有超强的氧化稳定性和优异的导热耐高温性能,大大降低发动机的噪音和防止发动机各个部位的损伤,从而延长发动机的使用寿命3倍以上。
4、超强自修复功能和高密封性。石墨烯润滑油中含有的微小颗粒,可填补气缸内壁损伤摩擦,具有对发动机的自修复功能,永久保护形成,形成高密封防水,防尘,防烧机油的最佳状态,使发动机动力恢复到接近出厂状态。
石墨烯的优异特性
1、力学特性
石墨烯中,碳原子之间的连接处于非常柔韧的状态,当被施加外部机械力时,碳原子面会弯曲变形,碳原子不必重新排列来适应外力 ,因此保持了结构稳定。石墨烯是人类已知强度最高的材料,比世界上强度最高的钢铁高100多倍。美国哥伦比亚大学的物理学研究小组选取了10~20微米的石墨烯微粒作为研究对象,研究人员先将这些样品放在一个表面钻有小孔的晶体傅板上,小孔的直径在1~1.5 微米之间。之后他们侦用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力,用以测诚它们的承受能力。研究发现,在样品微粒碎前,每100纳米可承受的最大压力达2.9微牛左右。根据这个实验结果,可测箅出要使1微米的石墨烯断裂,至少需要施加55牛的力 。
2、光学特性
石墨烯几乎是完全透明的,只吸收大约2.3%的可见光,光透率高达97.7%。石墨烯层的光吸收与层数成比例,数层石墨烯( FLG〉样品中的每一层都可以看做二维电子气,受临近层的扰动极小,其在光学上等效为几乎互不作用 的单层石墨烯( SLG) 的叠加。单层石墨烯在300~2500纳米间的吸收谱平坦,在紫外区有吸收峰,这是由于石墨烯态密度中的激子移动呈现范霍夫奇异性。在数层石墨烯中,低能区有与带跃迁相关的其他吸收特性 。
3、热学特性
石墨烯也是一种热稳定材料。石墨烯的热导率高达5300瓦/( 米 。开),是铜的13倍。研究现,单层石墨稀的导热率与片层宽带、缺陷密度和边缘粗糖度密切相关;石墨烯片层沿平面方向导热具有各向异性的特点:在室温以上,石墨烯的热导率随着温度的增加而逐渐减小。
4、电学特性
石墨稀具有超高的电迁移率,它的导电性远髙于目前任何高温超导材料。曼彻斯特大学的研究小组在室温下测量了单层石墨烯分子的电子迁移率,发现即使在含有杂质的石墨烯中,电荷的迁移率仍可达10000厘米2/( 伏 ·秒)。2008年,海姆研究小组又证明,电子在石墨稀中的迁移率可以达到前所未有的200000厘米2/( 伏 ·秒) 。不久之后,哥伦比亚大学的博洛京( K .Bolotin) 将这个数值再次提高到250000厘米2/( 伏。秒) 。而目前晶体管的主要材料单晶硅的电子迁移率只有1400厘米7( 伏。秒),高纯度石墨烯的电子迁移率超过单晶硅 150倍以上。此外,石墨烯的电子迁移率几乎不随温度变化而变化。
5、化学特性

石墨烯的电学性能受到了广泛关注,然而它的化学特性却一直少人问津。目前已知的化学特性有: 石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子,如 二氧化氮 、氨 、钾等吸附物作为给体或受体往往会导致载流子浓度发生变化: 而氢离子、氢氧根离子等吸附物会产生导电性很差的衍生物,但这些都不是新的化合物。从表面化学的角度来看,石墨烯的性质类似石墨,因此可根据石墨来推测石墨烯的化学性质。石墨烯的化学性质研究将在今后数年内成为一个研究热点。

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