生产稳定的石墨烯基纳米溶剂悬浮液

石墨烯基纳米润滑剂因其具有优异的导热性能而受到研究人员的关注。制造稳定的悬浮液是生产独特纳米润滑剂的先决条件。

研究：石墨烯纳米颗粒在聚酯油中的分散技术比较。图片来源：H_Ko/Shutterstock.com

发表在《Materials Today: Proceedings》上的一篇论文试图强调生产稳定的石墨烯基纳米润滑剂悬浮液的充分分散方法。

纳米润滑剂简介

换热流体的热特性是一个重要的研究领域。传统的热交换流体，如油，乙二醇和水，由于其导热性差，冷却潜力有限。

人们越来越重视设计高效的基液热力系统，以改善热传递。基础油，如油，通常用于各种行业的润滑。

纳米润滑剂可以被描述为通过掺入不同的纳米级材料（包括金属，碳化物，氧化物和氮化物）进行改性的工程流体。纳米颗粒（NPs）、纳米管或纳米棒等纳米材料可以掺入基液中。

纳米润滑剂的优点

要在机械系统中实现可持续的性能和节能，就必须使用环保和高性能的润滑剂。纳米颗粒最近作为润滑剂添加剂变得越来越重要，因为它们能够减少排放并提高燃油效率。

NPs的小尺寸，通常为100 nm或更小，允许它们进入接触区域。与天然添加剂相比，NPs在高温下具有热稳定性，因此适合作为润滑剂中的添加剂。

最近生产出一种独特的纳米润滑剂，由基础油和分散的NPs组成，由于其优异的导热和摩擦学性能，科学家们被它所吸引。

与使用磷和硫的传统润滑相关的大多数问题都可以通过纳米润滑来解决。润滑油中NPs的存在降低了摩擦系数，并提高了机械部件中连接表面的承重能力。

纳米润滑剂的合成

通常，采用两种主要技术来生产纳米润滑剂。两步法技术被广泛使用，因为它是一种高成本效益的方法，用于工业目的的纳米润滑剂的可扩展生产。

纳米粒子聚集——纳米润滑剂面临的主要挑战

纳米粒子由于其大表面积和高表面能而聚集。

在延长的时间内生产没有纳米颗粒聚集的稳定悬浮液是非常具有挑战性的。虽然使用纳米润滑剂的优点是不可否认的，但NP聚集阻碍了纳米润滑剂在热传导和摩擦学性能方面的有效性。

一些研究认为，简单的策略可用于防止NP聚集和提高悬浮稳定性。这些策略中最常见的是超声处理和将分散剂材料引入流体。

分散的方式影响溶液中纳米颗粒的聚集水平和表面特性的变化。

取决于NP性质和超声处理设置，悬浮的纳米颗粒可以在不同程度上溶解/转化，聚集或与周围介质的元素相互作用并产生复合物。

因此，了解超声处理对纳米颗粒特性（如尺寸，zeta电位和表面氧化物）和溶解分数的影响至关重要，因为该过程将对纳米颗粒的毒性行为产生重大影响。

研究人员做了什么？

该团队通过两种特殊的两步分散技术研究了石墨烯基聚酯油纳米润滑剂的稳定性：带超声处理的顶置搅拌器和带超声处理的磁力搅拌器。

沉降图像用于测试纳米润滑剂分散在14天过程中的稳定性。

一旦研究结果得到确认，该团队通过zeta电位分析仪分析标本，以验证纳米润滑剂的稳定性。

zeta电位用于预测纳米流体的稳定性。纳米流体在大于±30 mV的zeta电位下是稳定的，而任何小于±30 mV的值都表明纳米颗粒的严重聚集。

研究结果

该团队发现，不同的分销策略会产生不同的悬架稳定性。

在本研究中分析的两步法中，采用超声处理法的顶置搅拌器被证明是开发稳定悬浮液最有效的方法。

这项研究得出的结论是，将表面活性剂引入纳米润滑剂会影响其分散稳定性。发现十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）在所有分散技术中作为表面活性剂可以提高纳米润滑剂的稳定性。

参考

Saufi, M., & Mamat, H. (2022). Comparison of dispersion techniques of graphene nanoparticles in polyester oil. Materials Today: Proceedings. Available at: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.508