以CuSO4與氧化石墨烯為原料利用原位還原技術(shù)制得納微米結(jié)構(gòu)銅/氧化石墨烯復(fù)合微粒。利用透射電鏡(TEM) 、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM) 和X 射線(xiàn)衍射(XRD) 對(duì)Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒進(jìn)行表征。將復(fù)合微粒修飾并添加到液體石蠟中，利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察其摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明，利用原位還原技術(shù)制備的納微米結(jié)構(gòu)的Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒中銅的粒徑在100 nm 之內(nèi)；在392 N、1 450 r /min、30 min 實(shí)驗(yàn)條件下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0% 的復(fù)合微粒可使液體石蠟的摩擦因數(shù)下降33%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的復(fù)合微�？墒逛撉蚰グ咧睆较陆�25%。

　　碳材料由于具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)成為近期研究的熱點(diǎn)。隨著碳素材料的發(fā)展，碳素家族相繼出現(xiàn)了碳納米管、石墨烯等新成員。石墨烯是單層碳原子緊密排列而形成的一種炭質(zhì)新材料，具有單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，是目前世界上公認(rèn)的最薄的二維材料( 厚度只有0. 335 nm) 。由于其特殊的微觀結(jié)構(gòu)，石墨烯具有極好的力學(xué)、熱導(dǎo)性和電學(xué)性能，在微電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景。

　　納米材料是一種尺度在100 nm 以?xún)?nèi)的材料，廣泛應(yīng)用于催化、力學(xué)、材料摩擦學(xué)等領(lǐng)域。金屬銅納米材料在導(dǎo)電墨水、高效催化劑和潤(rùn)滑劑等應(yīng)用領(lǐng)域顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。作為潤(rùn)滑添加劑，納米銅能顯著提高油品的耐磨性和抗壓性。歐雪梅等在四球摩擦試驗(yàn)機(jī)和萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上考察了納米銅的摩擦學(xué)行為。研究表明，納米銅能顯著提高潤(rùn)滑油的減摩抗磨性能，其中在高載下納米銅對(duì)抗壓能力的提高更為明顯。在失油的條件下，納米銅在摩擦副表面能發(fā)生冶金結(jié)合，使磨斑直徑減少一半，表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨性能。

　　研究表明，將銅和碳復(fù)合能制備出性能更優(yōu)異的潤(rùn)滑油減摩抗磨劑。如曹宏等人研究了經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑和其他分散劑修飾的納米銅/石墨復(fù)合添加劑的摩擦學(xué)性能，所用基礎(chǔ)油為市售長(zhǎng)城CF-420W/F 汽車(chē)用柴油機(jī)油。研究發(fā)現(xiàn)納米銅/石墨復(fù)合粉體可顯著增大潤(rùn)滑油的承壓能力和降低摩擦因數(shù)，特別是高載荷下的摩擦因數(shù)，并可提高其抗磨能力。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為氧化石墨烯相對(duì)于石墨烯而言具有更多的—OH 等極性鍵，有利于與其他材料的復(fù)合。本文作者利用原位復(fù)合技術(shù)制備了納微米結(jié)構(gòu)銅/氧化石墨烯復(fù)合微粒，將所制備的復(fù)合微粒進(jìn)行表面修飾后考察了其摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)復(fù)合微粒能起到顯著的減摩抗磨作用。

1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1、實(shí)驗(yàn)材料

　　主要材料: CuSO4·5H2O (AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn))；80% 水合肼(AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn))；液體石蠟(CP，西隴化工股份有限公司生產(chǎn)) ，修飾劑( 實(shí)驗(yàn)室自制)；氨水(AR，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)) 。

　　1.2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

　　向三口瓶中加入100 mL 蒸餾水，再加入20 mL水合肼，在油浴鍋中攪拌均勻，同時(shí)再分別加入不同含量的氧化石墨烯與20 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的CuSO4溶液、20 mL 氨水配成相應(yīng)的溶液，升高溫度至80℃保溫3 h，經(jīng)冷卻、抽濾得目的產(chǎn)物。取一定量的目的產(chǎn)物用自制的修飾劑修飾，加入到液體石蠟中考察其摩擦學(xué)性能。

　　1.3、樣品表征及摩擦學(xué)性能測(cè)試

　　采用JSM-6380LV 掃描電子顯微鏡及其所附帶的EDS 分析物質(zhì)元素的組成；利用JEOL JSM-6701SEM型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡JEM-1200 EX 型透射電鏡研究復(fù)合材料的形貌；利用德國(guó)BRUKER D8 ADVANCEX 射線(xiàn)衍射儀對(duì)粉體的晶相組成進(jìn)行分析；利用濟(jì)南試金集團(tuán)生產(chǎn)的MRS-10A 四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察其減摩抗磨能力。

2、結(jié)果與分析

　　2.1、分析結(jié)果

　　圖1 所示為納微米結(jié)構(gòu)Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒的FE-SEM 照片和TEM 照片，發(fā)現(xiàn)銅微粒的粒徑100nm 之內(nèi)且有一定團(tuán)聚現(xiàn)象。銅微粒擔(dān)載于片狀氧化石墨烯之上，石墨烯的片層厚度約10 nm，可以推論氧化石墨烯為多層結(jié)構(gòu)。

圖1 納微米Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒的FE-SEM 圖和TEM 圖

　　圖2 所示為納微結(jié)構(gòu)Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒的EDS 分析，發(fā)現(xiàn)粉末中含有C、O、Cu 等元素，證明了氧化石墨烯和銅的存在。

圖2 納微米Cu/氧化石墨烯復(fù)合微粒的EDS 分析結(jié)果

　　圖3 所示為Cu 微粒和Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒的XRD 分析結(jié)果�？梢�(jiàn)，所生成的銅為面心立方，2θ 在43.5°、50.4°、74.2°分別對(duì)應(yīng)(111) 、(200) 和(220) 面；Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒，除了具備單質(zhì)銅的所有峰之外，還存在氧化石墨烯的(002) 峰，證明了氧化石墨烯的存在。氧化石墨烯在2θ = 10.8°對(duì)應(yīng)于層間距0.7 nm。石墨的XRD 峰位于2θ =26.6°強(qiáng)烈而尖銳對(duì)應(yīng)于層間距為0.33 nm。氧化后石墨的衍射峰消失，表明石墨嚴(yán)重氧化，層間距增加形成氧化石墨烯。

圖3 納微米Cu/氧化石墨烯復(fù)合微粒的XRD分析結(jié)果

　　2.2、摩擦學(xué)性能

　　將所制備的Cu/氧化石墨烯復(fù)合微粒用實(shí)驗(yàn)室自制的修飾劑修飾，添加到液體石蠟中考察其摩擦學(xué)性能，添加劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% ～2%。實(shí)驗(yàn)在MRS-10A 四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)載荷為392 N，運(yùn)行頻率為1 450 r /min，運(yùn)行時(shí)間為30 min。圖4 所示為Cu/氧化石墨烯復(fù)合微粒經(jīng)修飾作為添加劑添加到液體石蠟中測(cè)得的摩擦因數(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)合微粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0% 時(shí)基礎(chǔ)油的摩擦因數(shù)由0.03 降低到0.02，減小了33%。

圖4 Cu/氧化石墨烯復(fù)合微粒的摩擦因數(shù)

　　圖5 所示為Cu/氧化石墨烯復(fù)合微粒作為添加劑時(shí)測(cè)得的鋼球磨斑直徑，發(fā)現(xiàn)添加復(fù)合微粒后，鋼球磨斑直徑減小；當(dāng)復(fù)合微粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% 時(shí)鋼球磨斑直徑由基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)的0.60 nm 降低到0.45 nm左右，減小了25%；而當(dāng)復(fù)合微粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加時(shí)，鋼球磨斑直徑相差不大。

圖5 Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒的磨斑直徑

3、結(jié)論

　　(1) 利用原位還原技術(shù)制備了納微米結(jié)構(gòu)的Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒，銅的粒徑在100 nm 之內(nèi)。XRD 分析顯示，CuSO4·5H2O 被還原為純銅。

　　(2) 修飾后的納微米結(jié)構(gòu)Cu /氧化石墨烯復(fù)合微粒可顯著提高液體石蠟的摩擦學(xué)性能，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的復(fù)合微�？墒挂后w石蠟的摩擦因數(shù)減小33%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的復(fù)合微粒可使鋼球磨斑直徑降低25%。