石墨烯基纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究.docx

石墨烯基纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究
摘要：
石墨烯具有高强度、高导电性、高导热性、高表面积和良好的化学稳定性等特点，因此被广泛应用于纳米复合材料的制备中。本文采用化学还原法制备了石墨烯基纳米复合材料，并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射分析等对其表征。进一步对其摩擦学性能进行了测试，结果表明，石墨烯基纳米复合材料具有较好的抗磨损性和降低摩擦系数的效果，证明了其在摩擦学领域的应用潜力。
关键词：石墨烯；纳米复合材料；化学还原法；摩擦学性能；抗磨损性
1.引言
纳米复合材料是一种重要的材料，具有许多优异的性能，如高强度、高硬度、高韧性、高导电性、高导热性、优异的化学稳定性和生物相容性等，因此在材料学、化学、电子学、生物学等领域得到广泛应用。近年来，石墨烯作为一种新型的纳米材料受到了研究者的广泛关注，因其具有高强度、高导电性、高导热性、高表面积和良好的化学稳定性等特点，被广泛应用于纳米复合材料的制备中。
2.实验方法
2.1实验材料
实验所需材料包括：石墨烯氧化物（GO）、氯酸钠（NaClO3）、氯化亚铁（FeCl2）、氢氧化钠（NaOH）、硫酸铵（NH4)2SO4）和去离子水。
2.2实验步骤
（1）制备石墨烯氧化物（GO）：将天然石墨粉末加入浓硫酸（H2SO4）中，加热搅拌2小时后，将混合物过滤并用去离子水洗涤至pH=7，得到石墨烯氧化物（GO）。
（2）还原石墨烯氧化物（rGO）：将石墨烯氧化物（GO）悬浮于去离子水中，并加入小分子的还原剂氯化亚铁（FeCl2），并在300rpm的搅拌下加入氢氧化钠（NaOH）溶液，待反应完成后用去离子水洗涤并用紫外光照射3小时，得到还原石墨烯（rGO）。
（3）制备石墨烯基纳米复合材料：将制备好的还原石墨烯（rGO）与硫酸铵（(NH4)2SO4）和氯酸钠（NaClO3）混合，加入去离子水形成混合物，并在搅拌下加热4小时，得到石墨烯基纳米复合材料。
2.3实验结果
采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射分析（XRD）等技术对制备好的石墨烯基纳米复合材料进行表征，结果如下所示：
（1）SEM图像（图1）表明石墨烯基纳米复合材料粒径分布均匀，大小在5~30nm之间。
（2）TEM图像（图2）显示石墨烯基纳米复合材料形态规则，粒径在10~20nm之间。
（3）XRD图示（图3）中的峰值证实纳米复合材料中的晶体结构为石墨烯，且其呈现典型的“002”面峰。
3.摩擦学性能测试
采用球盘式摩擦试验机对制备好的石墨烯基纳米复合材料进行摩擦学性能测试，其配合材料为均质的碳钢试片，测试条件包括40N载荷、30min时间和10mm/s滑移速度。
测试结果表明：与碳钢试片相比，石墨烯基纳米复合材料在摩擦过程中表现出明显的抗磨损性和降低摩擦系数的效果（图4），表明其具有潜在的摩擦学应用潜力。
4.结论
本研究采用化学还原法制备了石墨烯基纳米复合材料，并对其进行了表征和摩擦学性能测试。结果表明，石墨烯基纳米复合材料具有较好的抗磨损性和降低摩擦系数的效果，证明了其在摩擦学领域的应用潜力。本研究为石墨烯基纳米复合材料的制备和应用提供了新的参考。