超声球磨活化处理后纳米WS_2颗粒在基础润滑油中的分散稳定性及机理

用自制的超声球磨试验装置采用不同的分散方法(球磨搅拌分散,球磨搅拌、表面活性剂分散,强超声、球磨搅拌、表面活性剂分散)将纳米WS2颗粒分散于PAO6基础润滑油中,研究了纳米WS2颗粒在基础油中的分散稳定性以及表面活性剂对纳米WS2颗粒分散稳定性的影响,并对其分散机理进行了分析。结果表明:强超声、球磨搅拌、表面活性剂分散的复合处理对提高纳米WS2颗粒在基础油中分散稳定性的效果最好,其机理是将基础油中的纳米WS2团聚体解聚,并使解聚后的纳米WS2颗粒表面活性增强,表面特性由亲水疏油转变为亲油疏水,经表面修饰后的纳米WS2颗粒被长碳链极性分子和润滑油分子所包围,形成空间位阻层和溶剂化层共同作用防止纳米颗粒的碰撞团聚,使得解聚后的纳米WS2颗粒长期稳定地分散在基础油中。

纳米WS_2车用机油添加剂在柴油发动机中的应用效果研究

通过柴油发动机台架实验和行车实验,分析了不同工况下自制纳米WS2车用机油添加剂在柴油发动机中的应用效果。结果表明,在FC2000柴油发动机台架上应用时,纳米WS2车用机油添加剂在不同转速和不同负载下均能在一定程度上降低发动机油耗率,减少发动机尾气中NOx含量和颗粒物含量,并且当发动机转速为1 700r/min,负载为70N.m时,节油率最高为9.95%,颗粒物减排率最高为49.3%,而当发动机处于低速、高速、低载和高载等工况时,NOx减排率较高,最高达到36%;在柴油机大客车上应用时,纳米WS2车用机油添加剂使其耗油量下降约14.4%,并能在一定程度上降低发动机的运行噪声,使发动机的有害气体(NOx)排放减少34.8%～51%。综合表明纳米WS2车用机油添加剂具有良好的节能减排效果。

行车试验中纳米WS_2粉末的节能减排特性

采用多能场复合作用下的湿式粉碎法制备纳米WS2粉末,对其进行表面改性处理后加入传统发动机油中制备出系列纳米WS2环保节能型发动机油,在汽油车和柴油车上对传统发动机油和纳米WS2发动机油进行行车试验对比研究,考察行车试验中纳米WS2粉末的节能减排特性。结果发现,在汽油车上使用时,纳米WS2能使传统汽机油保持优良且更加稳定的粘温性能、润滑性能和抗腐蚀性能,并且汽机油中的铁含量明显减少,使用寿命提高1.5倍。此外,纳米WS2能显著降低发动机燃油消耗(最大49.6%,最小也有16.4%,平均节省燃油20.3%);在柴油车上使用时,纳米WS2能有效改善发动机的动力性能,使耗油量明显下降(约14.4%),并能在一定程度上降低发动机的运行噪音,发动机的有害气体(NOx)排放减少34.8%～51%。行车试验表明,汽油车和柴油车上纳米WS2粉末均具有优良的节能减排效果。

纳米WS_2对汽油机机油性能影响的发动机台架实验研究

采用多能场复合作用下的湿式粉碎法制备出纳米WS2粉末,并加入汽油机机油中制备成含纳米WS2汽油机机油。在自行研制的发动机模拟实验台架上考察了该汽油机机油在发动机上的实际应用效果,分析了纳米WS2粉末对汽油机机油摩擦学性能的影响,研究了其在减少发动机内部磨损和降低发动机油耗方面的效果。结果表明:纳米WS2粉末能使汽油机机油的油膜强度、抗烧结负荷分别提高21.6%和100%,磨斑直径减小11.8%,并可以显著提高汽油机机油的使用寿命,延长汽油机机油的换油周期,减少发动机活塞环的磨损量27.6%,降低发动机油耗13%～28%。

一种含纳米WS_2颗粒乳化液的制备及其摩擦学性能

通过表面活性剂的复配研制了一种新型热模锻润滑剂———含纳米WS2颗粒的乳化液,测定了乳化液的稳定性、润湿性和表面张力,观察了纳米WS2颗粒在乳化液中的分散状态,并对乳化液的摩擦学性能进行了研究。结果表明:表面活性剂复配能使乳化液的润湿性提高、稳定分散的时间延长,而且纳米WS2颗粒在其中分布得更均匀;添加纳米WS2颗粒后,油膜强度、烧结载荷分别提高了1.7倍和2.5倍,摩擦副的摩擦因数随摩擦时间延长而变化平稳,磨斑直径变小,表面无明显的犁沟出现。

绿色润滑油中纳米WS_2颗粒的摩擦学性能分析

基于系列四球摩擦实验,分析了纳米WS_2颗粒在绿色润滑油PAO-6和菜籽油中的摩擦学性能。结果表明,在PAO-6或菜籽油中添加2.0%(w)纳米WS_2颗粒,可以显著改善润滑油的极压、抗磨和减摩性能,而且在更宽的温度、载荷和转速范围内保持良好的抗磨减摩性能。

油基纳米WS_2对粘着磨损面的自适应修复行为

为考察纳米WS2于油液中对已有粘着磨损表面的作用行为,通过摩擦实验、X射线光电子能谱分析(XPS)、X射线能量色散谱分析(EDS)、氩离子溅射分析等手段,研究油基纳米WS2对粘着磨损表面的形貌与表面膜层成分分布的影响。结果表明:油基纳米WS2可有效改善粘着磨损表面形貌,使磨损表面粗糙度降低46.5%,并减少磨损量82.3%,油液温升降低27.6%;油基纳米WS2通过其中的纳米WS2颗粒在粘着磨损面形成由纳米WS2、纳米WO3、纳米FeS和纳米FeSO4组成的致密极压抗磨修复层,该修复层通过滑移铺展将粘着磨损表面修复平整,表现出良好的自适应修复特性。

纳米WS_2粉末在发动机模拟台架中的实验研究

采用多能场复合作用下的湿式粉碎法制备出纳米WS2粉末,并加入到发动机润滑油中制备成纳米WS2润滑剂。在自行研制的发动机模拟实验台架上考察了该润滑剂在发动机上的实际应用效果,分析了纳米WS2粉末对发动机润滑油摩擦学性能的影响,研究了其在减少发动机内部磨损和降低发动机油耗方面的效果,最后对比分析了全配方纳米WS2汽机油与2种国外品牌汽机油的性能。结果表明,纳米WS2粉末可以显著延长发动机润滑油的使用寿命和换油周期,并能使发动机活塞环的磨损量减少27.6%,发动机油耗降低13%～28%;同时,全配方纳米WS2汽机油在摩擦学性能、减少活塞环磨损以及降低发动机油耗方面均优于国外品牌汽机油。

纳米WS_2颗粒润滑材料的节能环保效果

为考察自制纳米WS2颗粒润滑材料在柴油发动机中的节能环保效果,在FC2000柴油发动机台架上进行系列应用分析实验。性能分析结果表明,添加纳米WS2颗粒的润滑材料在发动机不同转速和不同负载下均能在一定程度上降低发动机燃油消耗率,减少发动机尾气中的NOx含量和颗粒物含量,并且当发动机转速为1 700 r/min、负载为70 N.m时,节油率最高可达9.95%,颗粒物减排率最高可达49.3%,而当发动机处于低速、高速、低载、高载等工况下时,NOx减排率较高,最高达到36%,此外,纳米WS2颗粒还可使发动机的运行噪音降低1～4.4 dB,表现出良好的节能环保特性。机理分析结果表明,纳米WS2颗粒主要靠在活塞环、活塞和汽缸壁表面形成修复层,以改善燃烧室的密封性,提高缸压(约4.4%),来实现节能环保的目的。

WS_2纳米棒的合成及其摩擦学性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,利用水热合成法在180℃条件下成功制备出WS2纳米棒。用XRD、SEM、TEM和HRTEM对WS2纳米棒的结构进行表征和分析,并提出了可能的生长机理。将WS2作为润滑油添加剂加到基础油中,用CETR UMT-2摩擦磨损仪测试其摩擦学性能。结果表明:WS2纳米棒作为润滑油添加剂表现出良好的摩擦性能。

两种分散剂对IF-WS2纳米粒子分散性能和摩擦性能的影响

研究甲基萘和聚异丁烯丁二酰亚胺(PIBSI)两种分散剂对IF-WS 2纳米颗粒在基础油中的分散性能和摩擦性能的影响。使用722型分光光度计和四球摩擦试验机分别考察纳米WS 2润滑油在分散剂中的分散稳定性和摩擦性能,用激光粒度分析仪和红外光谱(FTIR)分析分散剂与WS 2纳米颗粒之间的作用机制。结果表明:甲基萘的分散效果和抗磨减摩效果最好,4%甲基萘分散的0.01%的纳米WS 2润滑油可以长期稳定保存,其纳米WS 2润滑油在490 N时的磨斑直径仅为0.540 mm,摩擦因数为0.11;甲基萘能够起到分散和抗磨减摩作用的原因是其对IF-WS 2纳米粒子具有一定的溶解作用。

CrAlN/WS_2纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

采用反应磁控溅射工艺在Si基体上沉积了不同调制周期的CrAlN/WS2纳米多层膜,采用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、纳米压痕仪和HSR-2M涂层摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜（SEM）,研究了调制周期对CrAlN/WS2纳米多层膜微观结构和力学性能的影响。研究结果表明,WS2层厚度低于0.8nm时,六方结构的WS2在CrAlN的模板作用下转变为B1-NaCl型面心立方结构并与CrAlN层发生共格外延生长,使薄膜得到强化,在WS2层厚度为0.8nm时,薄膜硬度和弹性模量达到最大,分别为37.3和341.2GPa。随着WS2层厚度的进一步增加,WS2又转变回六方结构,使薄膜共格外延生长结构破坏,结晶度降低,耐磨性增强,硬度和弹性模量减小。CrAlN/WS2纳米多层膜的摩擦系数均在0.2-0.3之间,远低于单层CrAlN的摩擦系数的0.6,磨损率亦明显减小。获得了综合力学性能优异的CrAlN/WS2纳米多层膜。

溅射沉积WS_2/Ag纳米复合薄膜在不同环境中的摩擦磨损性能研究

利用直流磁控溅射方法在钛合金基底上制备W S2/Ag纳米复合薄膜,采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及能谱仪对复合薄膜的表面形貌和组织结构进行分析,用球-盘式摩擦磨损试验机对复合薄膜在真空和潮湿空气环境中的摩擦磨损性能进行研究.结果表明:溅射沉积制备的W S2/Ag复合薄膜为非晶态结构,弥散分布于W S2基体中的晶态纳米Ag相提高了薄膜与基底的界面结合强度;与纯W S2薄膜相比,W S2/Ag纳米复合薄膜虽然在不同环境中的摩擦系数有所增加,但其在潮湿空气中的耐磨性能(磨损寿命)具有较大幅度的提高,且摩擦状态更稳定.

热分解法制备WS_2纳米纤维

以硫钨酸铵为原料,用热分解法制备出了WS2纳米纤维,采用TEM,HRTEM,XRD等分析手段对产物的形貌、结构、组成进行了检测,表明制备出的灰黑色WS2纳米纤维平均直径为几十纳米,最小只有几纳米,长度为几十微米;产物属六方晶系,a=0.3151nm,c=1.271nm,基本无杂质,较纯净.ED分析表明纤维为单晶,晶化程度好,(100)和(002)等衍射斑点清晰,与XRD分析结果一致.对WS2纳米纤维生长的影响因素如温度、升温速率、冷却速率和反应气氛、反应物的粒度等进行了讨论.

WS_2纳米纤维的制备及电化学性能

用硫钨酸铵热分解制备出了WS2纳米纤维,采用TEM,HRTEM,XRD等对产物的形貌、结构、组成进行了检测,表明所制备出的灰黑色WS2纳米纤维平均直径为几十nm,最小只有几nm,长度为几十μm.通过XRD曲线与标准衍射谱比较,产物属六方晶系,a=0 3151nm,c=1 271nm,基本无杂质,较纯净.ED分析还表明纤维为单晶,晶化程度好,(002)和(100)等衍射斑点清晰,与XRD分析结果一致.电化学测试表明,当电池在0 1C倍率,0 05～2 5V电压范围内循环时,嵌/脱锂平台在0 11V和0 5V左右,首次可逆容量为730 1mA·h/g,WS2纳米纤维的储锂机理是片层间嵌锂,纳米级缝隙嵌锂和缺陷位置嵌锂.

NbS_2/WS_2纳米复合材料的合成及其摩擦性能研究

将硫粉、铌粉和钨粉按一定质量比混合,通过固相反应成功合成出NbS2/WS2纳米复合材料。分别使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别分析了样品中的相成分和微观形貌。结果表明:NbS2/WS2纳米复合材料为WS2和NbS2混合晶相;与纯的NbS2相比,NbS2/WS2纳米复合材料中NbS2形貌与纯的NbS2形貌基本一致,为纳米带和纳米板结构组成,板厚约500 nm,长约几十微米;但与纯的WS2形貌相比,NbS2/WS2纳米复合材料中的WS2由纳米片转变为特殊的由纳米片构成的纳米花状,纳米片厚度约10 nm。并将所合成的NbS2/WS2纳米复合材料添加到液体石蜡基础油中,采用摩擦磨损试验机对其摩擦性能进行测试,实验表明添加了NbS2/WS2纳米复合材料的油样具有优异的抗磨减摩性能;并对其摩擦机理进行了解释。

WS_2纳米带的水热合成与表征

为了制备一维纳米结构的WS2纳米带,提出了一种两步水热法合成方法。以Na2WO4为前驱体水热合成了WO3.xH2O纳米棒,然后用WO3.xH2O纳米棒与硫脲进行水热反应合成WS2纳米带。初步讨论了两步水热法合成WS2纳米带的反应机理.用X-射线衍射(XRD),透射电镜(TEM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)对样品进行了表征.结果显示WS2纳米带的平均带宽约140 nm,厚度约30 nm,长度约1μm,比表面积为97 m2/g.

热分解法制备WS_2纳米粉体的研究

以硫钨酸铵为原料,用热分解法制备出了WS_2纳米粉体,采用TEM、HRTEM、XRD等检测了产物的形貌、组成、结构。结果表明,所制备出的灰黑色WS_2纳米颗粒平均直径为几十纳米;XRD谱图与标准衍射谱比较,产物属六方晶系,a=3.10A,c=12.76A,基本无杂质,较纯净;ED分析还表明纳米颗粒为多晶,晶化程度好,(0002)、(0004)等晶面的衍射环连续、清晰,与XRD的分析结果一致。并讨论了WS_2纳米粉形成的影响因素如反应温度、反应时间、料层厚度、反应气体流速、反应物的粒度等。

无卷边单分子层WS2纳米片原子结构的高分辨电子显微术研究

本文利用高分辨电子显微术(HRTEM)确定了无卷边的单分子层WS_2纳米片的原子结构像。通过对样品不同区域HRTEM像进行傅里叶变换(FFT)分析,得到了各个区域的WS_2纳米片的晶体取向,确定了WS_2纳米片分子层数分布。根据电子显微像强度与样品层数的线性关系以及WS_2纳米片的单分子层数分布模型,确定不同区域WS_2纳米片的分子层数。为了进一步定量分析结果的正确性,通过模拟电子显微像在不同碳膜厚度及不同成像条件下WS_2纳米片的HRTEM像,也确定了在像衬度上与实验像很好的匹配。

基于WS_2纳米片的柔性湿度传感器制备与测试

提出了一种基于WS_2纳米片的聚酰亚胺柔性湿度传感器,传感器柔性薄膜和叉指电容电极分别采用加热亚胺化工艺和丝网印刷制备得到,其制备工艺简单,成本低廉。实验表明该柔性湿度传感器能够测量25%RH～85%RH的湿度,且在高湿度范围内(60%RH～85%RH),该柔性湿度传感器的灵敏度高达50.42 pF/%RH。传感器的响应和恢复时间分别为11和26 s,具有较好的稳定性和重复性。此外,该柔性传感器的呼吸性能测试结果表明,其能够用于监测时间间隔为2～10 s的呼吸状态,暗示该传感器可用于某些和呼吸频率有关的疾病诊断。