Журнал «Carbon» Юго-Западного университета транспорта: превосходные антиизносные свойства! Успешно разработана промышленная смазка на основе гетероперехода графена и MoS₂ 

Промышленные смазочные материалы обеспечивают механическим деталям ряд эксплуатационных преимуществ, таких как минимальные механические напряжения при высоких нагрузках, отсутствие преждевременной усталости из-за двунаправленного трения, обеспечение максимального срока службы деталей оборудования, снижение эксплуатационных затрат, герметизация и защита от ржавчины, а также соответствие целям «двойного углеродного баланса». Однако с усложнением условий работы механизмов к смазочным маслам предъявляются все более высокие требования. Для обеспечения необходимых смазочных характеристик в таких условиях присадки играют решающую роль, поэтому разработка комплексных смазочных материалов с собственными правами интеллектуальной собственности становится насущной задачей.

Графена представляет собой двумерную плоскую сотовую кристаллическую решетку, обладающую большой удельной поверхностью и химической инертностью. При добавлении в базовое масло в качестве смазочной присадки он способен значительно усилить антифрикционные и противоизносные свойства смазочного масла, одновременно повышая его экстремальные давления и несущую способность. Однако из-за уникального состава и структуры графена он слабо совместим с базовым маслом, склонен к агломерации и осаждению, что негативно сказывается на его эксплуатационных характеристиках. Поэтому в рамках многочисленных исследований ведется работа по органической функционализации графена и его производных; добавление графена, прошедшего органическую обработку, в базовое масло позволяет обеспечить стабильность дисперсии и в полной мере раскрыть его антифрикционные и противоизносные свойства. Результаты предыдущих исследований показывают, что прививка органических групп химическим методом (с использованием в качестве модификаторов ионных жидкостей, титанатов и т. д.) позволяет улучшить стабильность дисперсии графеновых материалов в смазочных материалах, что обеспечивает их постоянное участие в процессе трения и позволяет в полной мере использовать преимущества их структуры и свойств (Applied Surface Science, 2019, 491, 15, 105–115; Carbon 2020, 165, 238–250). При использовании методов химической модификации для обеспечения хорошей стабильности дисперсии графена часто применяемые модификаторы не обладают смазывающими свойствами или оказывают негативное влияние в процессе трения; кроме того, одной смазочной присадке трудно обеспечить все необходимые свойства. Однако с развитием нанонауки и нанотехнологий стала возможной разработка композитных присадок, содержащих двухфазные и даже многофазные смазочные компоненты.

Недавно исследовательская группа по изучению эксплуатационных характеристик материалов Юго-Западного университета транспорта во главе с научным сотрудником Фань Сяоцяном с использованием одноэтапного гидротермального метода и с фосфомолибната и L-цистеина в качестве прекурсоров успешно синтезировала композиционную присадку rGO@MoS₂ с гетероструктурой, вертикально выращенной на графитовом каркасе, определила механизм ин-ситу роста MoS₂ и стабильность дисперсии гетероструктуры в промышленном трансмиссионном масле; затем провели испытания и анализ экстремальных давлениях и фрикционных свойств промышленного трансмиссионного масла, модифицированного гетероструктурным rGO@MoS₂. Результаты показали, что 0,04 % по массе композитной присадки позволяет максимально повысить смазочные свойства трансмиссионного масла: по сравнению с отдельными смазочными присадками (rGO, MoS₂) и гетероструктурным rGO@MoS₂, полученным другими методами, скорость износа снизилась на 63,1 %, 71,9 % и 60,9 % соответственно, что свидетельствует о превосходных противоизносных свойствах, обусловленных относительно идеальной структурой гетероперехода и синергетическим взаимодействием интринзических свойств его компонентов. Статья недавно была опубликована в известном журнале «Carbon» под названием «Heterostructured rGO/MoS2 nanocomposites toward enhancing lubrication function of industrial gear oil». Первым автором статьи является магистрант Юго-Западного университета транспорта Ли Сяопен, а научный сотрудник Фань Сяоцян — соавтор и корреспондент.