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生而不凡-新材料之王石墨烯

石墨烯,作为目前发现的最薄、最强韧、导电导热性最好的新型纳米材料。是一种从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。被誉为“黑金”,是“新材料之王”。科学家甚至预言石墨烯“将彻底改变21世纪”。

石墨烯是什么?

手机充电只需几秒钟?史上最薄电灯泡?光驱动飞行器?关于石墨烯非凡应用的新闻不断出现在人们的视野当中,似乎石墨烯已经成为了无所不能的超级材料。石墨烯是什么?到底有什么特性让它备受推崇?

石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是 几层甚至仅仅一层石墨烯。
2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖(Andre Geim)和克斯特亚·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二。不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。在随后三年内,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应,他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。

难以想象的是,石墨本身几乎是最软的矿物质〈莫氏硬度只有1-2级〉,“切”成一个碳原子厚度的薄片时,“性格”会发生如此之大的变化,石墨烯的硬度比莫氏硬度10级的金刚石还要高,但却又有很好的韧性,可以弯曲。

石墨烯既是最薄的材料,也是最强韧的材料,断裂强度比最好的钢材还要高200倍。 同时它又有很好的弹性,拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床,本身重量不足1毫克可以承受一只猫的重量。

当石墨烯“征服”了润滑油

随着科学技术的发展,尤其是近年来石墨烯技术的提升,石墨烯添加剂技术已经进入到润滑油领域。石墨烯的这些特性注定要给润滑油产业带来翻天覆地的变化。自石墨烯的发现到被授予诺贝尔物理学奖,石墨烯作为“将改变二十一世纪”的新材料,就一直得到全球科技界和工业界的高度关注并引发投资开发研究热潮。我国也是开发运用研究最为活跃的国家之一,主要涉及领域在超级电池、智能玻璃、润滑油、绿化环保等工业及消费领域,但大多项目研究仍停留在上游阶段。
从技术角度来讲,石墨烯的润滑原理和之前的抗磨添加剂的作用方式并不完全一样——由于石墨烯的分子颗粒非常小,石墨烯片层之间拥有极强的分子间作用力,摩擦系数大幅降低。有人做过这样的比喻,就像缸壁与活塞之间进行摩擦时产生了滚珠效应,把金属间的滑动摩擦变为石墨烯的片层之间的摩擦,同时还能像腻子一样把缸壁上不平整的地方抹平。

石墨烯润滑油是由石墨烯、基础油、分散剂等复合调制而成,质量与性能稳定。由于石墨烯独特的二维结构,超强的导电、导热、润滑、耐腐性能,超大的比表面积和超强的结构和热稳定性等,使产品具有在高温下仍保持其基本性能不变,尤其是在高温的环境下,其优异的润滑性、耐磨性、抗氧化性在发动机润滑油的使用中得以极好的体现。
石墨烯加入润滑油中可使润滑油具有以下优良的特性:
1. 有效地避免发生高温氧化、延长换油周期;
2. 在摩擦面形成抗磨石墨烯膜而具有超强的润滑性;
3. 显著提高润滑油的耐磨性和抗压性,减少机械的摩擦损失;
4. 大幅减少摩擦系数和磨损率,特别是高载荷下的机械摩擦因数,提高抗磨能力;
5. 优良的防水性、防尘性、防污性;
6. 减少机械震动、降低机械噪音;
7. 优良的干磨与湿磨润滑性能,超强的安全性;
8. 降低机械摩擦面的工作温度、保持润滑油粘度;

润滑油行业将遭遇石墨烯洗牌传统润滑油行业面临挑战

石墨烯的这些特性注定要给诸多产业带来翻天覆地的变化。然而随着石墨烯产业步伐加快,石墨烯润滑油也将迎来新时代。消费者在汽车润滑油方面又多了一项选择,随着国家对环保的重视,石墨烯润滑油未来将会有更加广阔的发展空间。

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