納米潤滑油

納米潤滑油是在原子、分子尺度研究相對轉動界面上的摩擦磨損與潤滑行為，而揭示微觀摩擦磨損機理，設計與製備出納米尺度上的潤滑劑及摩耐磨材料的學科。它是隨著納米科學與技術的發展而派出來的，是90年代以來摩擦學研究領域最活躍的，也是材料科學與摩擦學交叉領域最前沿的內容。它產生的推動力來源於高技術發展的需求，同時近代測試技術的不斷出現也推動了納米摩擦學的發展。高技術中的諸多摩擦學問題都對其抗磨、防擦及潤滑提出更高的要求。但是無機納米粒子油溶性差， 一般是靠分散劑的作用或藉助強力攪拌、超聲分散將納米粒子分散在基礎油中。但是由於納米粒子粒度小， 表面能高， 粒子之間容易發生團聚， 納米材料在潤滑油中的分散和穩定成為限制其在潤滑油添加劑中套用的主要問題之一。選擇表面修飾劑不僅要考慮其油溶分散性、穩定性， 還要考慮表面活性劑解吸後在油中要有良好的摩擦學性能。目前採用的表面修飾劑主要有： 二烷基二硫代磷酸(DDP)、烷基磷酸醋、硬脂酸、油酸、EHA、含N 有機化合物等。

基本介紹

• 中文名：納米潤滑油
• 尺度：原子、分子尺度
• 包括：重載荷和高溫下形成一滑動系等
• 特點：隨著納米科學與技術的發展而派生

可行性與意義

錫、銦、鉍及其合金的熔點都低於300℃，許多有機溶劑的沸點都高於這一溫度，並能長時間保持穩定，因此便於找到合適的反應介質。直接分散法製備錫、銦和鉍納米微粒及其摩擦學性能納米微粒由於具有特殊的物理化學性能和較小的粒子尺寸在摩擦領域中倍受關注, 而將納米微粒用作潤滑油添加劑是潤滑領域中的一個研究熱點。研究表明納米微粒由於自身組成和結構上的特點，具有不同於傳統有機潤滑添加劑的潤滑特性。具體表現在以下三個方面：

（1）納米微粒多為球形，它們在摩擦對偶面間可能起一種類似“球軸承”的作用，從而有效提高潤滑油的摩擦學性能；

（2）在重載荷和高溫下，摩擦對偶面間的納米微粒可能被壓平，形成一滑動系，從而降低摩擦和磨損；

(3) 納米微粒可以填充在工件表面的微坑和損傷部位，有可能實現摩擦表面的原位修復。金屬納米微粒潤滑劑兼有納米微粒上述三種機制的聯合作用，被認為最有可能成為新一代的潤滑添加劑。

材料現狀

據中國工程院“摩擦學科學與工程套用現狀與發展戰略研究” 報告的數據：世界上每年能源套用總量的三分之一消耗在摩擦損失上，機械零部件的70%－80%因摩擦磨損而失效報廢。在能源消耗上，我國已成為世界第三大能源消費國，能源利用率僅為32%，大大低於已開發國家。低效率、高比例的消耗，嚴重製約著我國企業效益、社會效益的增長。因此，在全球面臨日益加劇的資源、能源和環境問題的嚴峻形勢下，摩擦學的研究和工業套用己引起世界各國的高度重視，摩擦學已經成為許多科學、技術和工程領域的重要科學基礎與技術支撐。在我國由於經濟處於資源、能源消耗型高速發展時期，技術套用水平較低，對資源、能源的極大浪費和環境污染問題形勢更為嚴峻，溫家寶總理在2008年3月5日舉行的全國人大十一屆政府工作報告中提出我國要在十一五期間實現“節能減排重大技術突破”，中國工程院在徐匡迪院長的倡導下，組織15位院士，260多名專家、教授完成了“摩擦學科學與工程套用現狀與發展戰略研究”，分析闡述了摩擦學科學的意義、工程套用現狀與發展戰略對策。

資料顯示：在市場上所售納米金屬潤滑油添加劑通常為100nm以上大粒徑無機納米微粒，由於其結構、密度、尺寸等因素的影響，在潤滑油脂等有機介質中的分散性、親潤性較差，易團聚、沉澱、不能發揮納米金屬抗磨材料的特殊抗磨效應，抗磨減摩效果較差，因此全球抗磨劑類產品的使用尚處於低技術水平、低效益階段。在國內因為節能減排關鍵性技術沒有實現突破，往往由於技術的先進性和成熟度不夠造成投資效益差和資金浪費。

值得注意的是一方面是非常強烈的市場需求，一方面摩擦學的發展意義尚沒有引起政府、社會足夠的重視和支持。其實早在上世紀九十年代初就有所謂美國產品進入中國，並引發了一場長達近7-8年的汽車抗磨劑使用高潮，本世紀02年底又有人以零磨損運作汽車市場，並引發了一場更為強烈的汽車抗磨劑使用高潮，但這一次僅僅2-3月便草草退出了市場，並引來不少質量官司，究其原因主要還是技術和質量問題。然而面對巨大的市場蛋糕和汽車用戶更能自主消費的特點，在缺乏高性能產品供應市場和政府監管不力的情況下，不法商人在運做此類產品時有意誤導消費者，誇大其詞。更可悲的是某些國際著名的大石油公司也生產這類低技術產品，在中國市場肆意斂取不義之財。如今汽車用戶談到汽車抗磨劑時，就會想到“500公里無機油行使、1000公里無機油行使、磨損修復、10萬公里添加一次”等名詞。抗磨劑在中國成了騙人的代名詞，讓人談虎色變，使整箇中國社會對抗磨劑類產品失去了信心。雖然一些非法商人短期獲得了暴利，但它擾亂了市場次序，對本來就很脆弱的摩擦學和消費者心理的打擊是致命的、深遠的，政府應為磨擦學正名。

研究進展

同常規材料相比，納米材料是一種低維材料。由於材料的超細化，其表面層原子占有很大的比重，所以納米材料實際上是晶粒中原子的長程有序排列與無序界面成分的組合。將納米材料套用於潤滑體系，是一個全新的研究領域。被用作潤滑油添加劑加以研究的納米微粒主要有納米單質、納米氧化物、納米氫氧化物、納米硫化物、納米稀土化合物以及聚合物納米微粒等。其中低熔點金屬，例如錫、銦、鉍及其合金等，是常用的膜潤滑材料和防護材料。這類金屬的納米微粒作為潤滑油添加劑有望顯著改善潤滑油的摩擦學性能。鉍納米微粒添加劑的研究表明，鉍是“環境友好”的、與S、P、Cl 等元素有良好協同性的、唯一可以取代鉛的重金屬元素。但是，這類金屬的納米微粒通常是由化學法來製備的。例如錫和銦納米微粒常常通過相應的金屬有機化合物熱分解來製備，鉍納米微粒是還原法來合成的，這些方法僅適宜於實驗室研究。對於這類金屬及其合金納米微粒，可以採用直接分散的方法進行製備。這種方法的特點是使用單一的試劑（金屬單質或合金），並且金屬單質的成本遠遠低於其相應的金屬鹽、金屬有機化合物, 因此這種方法有獲得工業化的可能。

市場前景

高效節能納米抗磨劑的研究成功，實現了“節能減排重大技術的突破”，開創了世界潤滑與摩擦領域高效節能納米抗磨添加劑產品套用的新時代。

專家預測，在中國全面實施“高效節能納米抗磨技術”，前期每年市場需求該類產品在100萬噸以上，產值會超過1600億元，利潤增加510.88億元，同時可節約石油當量近億噸，增加綜合經濟效益數萬億元。正因為如此，項目的研究具有非常廣闊的市場前景和深遠的社會意義，不僅節約大量資源，而且改變管理理念，改變企業、社會經濟成長方式，實現循環經濟發展，甚至對人類社會意識形態、社會發展方式產生深遠影響。