Carbon：离子液体功能化氟化石墨烯在环氧涂层中的优异抗磨填料

研究亮点

本研究通过离子热合成法成功剥离氟化石墨，制备出少层氟化石墨烯（FG-IL），并将其应用于环氧树脂涂层中，显著提升了涂层的抗磨性能。研究结果表明，FG-IL在环氧树脂中具有良好的分散性和界面相容性，且在摩擦过程中能够形成保护膜，展现出优异的抗磨性能。

研究背景

1、氟化石墨烯（FG）是一种重要的石墨烯衍生物，因其具有高机械强度、高热稳定性和超疏水性等特点，被认为是一种理想的纳米复合材料、超级电容器和润滑剂材料。然而，FG在环氧树脂涂层中的分散性较差，限制了其在抗磨应用中的广泛使用。

2、剥离和氟化是制备FG的两个主要过程。传统的剥离方法（如机械剥离和液相剥离）存在效率低、难以大规模生产等问题。此外，FG在水和有机溶剂中的分散性较差，需要开发一种高效、低成本的制备方法，以实现FG在复合涂层中的均匀分散。

研究思路

本研究采用离子热合成法剥离氟化石墨，制备出少层FG-IL纳米片，并将其作为纳米填料添加到环氧树脂涂层中以改善其抗磨性能。研究重点在于探索FG-IL在环氧树脂中的分散性、界面相容性以及其在摩擦过程中的作用机制。通过分析FG-IL的结构和化学组成，揭示其在环氧树脂涂层中增强抗磨性能的机制。

主要结论

1、FG-IL的制备与结构特性：通过离子热合成法成功将氟化石墨剥离为少层FG-IL纳米片，其厚度约为1.5 nm。FG-IL在水和聚合物树脂中展现出良好的分散性，且与环氧树脂具有良好的界面相容性。XPS分析表明，FG-IL中氟含量显著降低，表明在剥离过程中部分氟原子被去除，恢复了部分sp²杂化结构。

2、涂层的微观结构与性能：FG-IL/EP复合涂层的截面形貌显示出良好的分散性和界面相容性，涂层内部结构更加致密均匀。与纯环氧树脂涂层相比，FG-IL/EP涂层的摩擦系数降低了11.4%，磨损率降低了54.6%。

3、摩擦学机制：FG-IL/EP涂层在摩擦过程中表现出优异的抗磨性能，主要归因于两个因素：一是FG-IL纳米片在摩擦界面处形成保护膜，防止摩擦副直接接触；二是摩擦过程中产生的铁氟化物（如FeF₂/FeF₃）进一步增强了保护膜的稳定性，有效降低了摩擦和磨损。

文章信息

1、Yin Huang, Yushan He, Xiaoqiang Fan, Minhao Zhu. Ionic liquid functionalized fluorinated graphene toward excellent anti-wear filler into epoxy coating[J]. Carbon, DOI：10.1016/j.carbon.2025.120017.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622325000338

2、作者团队来自中国西南交通大学材料科学与工程学院和机械工程学院摩擦学研究所。