無機ナノ粒子添加によるイオン液体ゲルの生成およびトライボロジー特性の解明

添加无机纳米颗粒生成离子液体凝胶并阐明摩擦学特性

基本信息

批准号：
22K03882
负责人：
平田敦
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03882/
关键词：
トライボロジーナノ粒子イオン液体ゲル

项目摘要

真空などの特殊環境下で機能する潤滑剤が求められている．ナノカーボンの一種であるカーボンオニオンは粒径数～数十nmの同心球多層構造をなし，真空中での低摩擦特性を有する．イオン液体は蒸気圧が非常に低いことから室温でも液体状態を保ち，熱的安定性が高い，比熱が大きいなど特殊環境下における潤滑剤として適した特性を持つ．ただし，カーボンオニオンはナノ粒子であるためにしゅう動面に留まりづらく潤滑寿命が短い，イオン液体は低速・高荷重で流体潤滑能力が低下するなどの欠点を有している．そこで，これらの特殊環境での適用性および潤滑性向上のため，イオン液体とカーボンオニオンを複合することによりカーボンオニオンゲルを生成し，その潤滑特性評価を行った．まず，摺動部材の腐食を抑制する目的で選択したハロゲンフリーイオン液体にカーボンオニオンを添加し，攪拌・相分離することによりカーボンオニオンゲルを生成した．生成したカーボンオニオンゲルに対して，レオメータを用いて25℃および150℃におけるレオロジー特性を測定した．その結果，いずれの場合においてもカーボンオニオンゲルはせん断速度の上昇に伴い粘度が低下する傾向を示した．また，時間経過とともに粘度が低下するといったチキソトロピー性を示すことも確認できた．なお150℃においては，25℃の場合と比較して粘度が上昇する特性を持つことがわかった．次にボールオンディスク式摩擦試験機を用いて，ステンレスを摺動部材とした摩擦試験を実施し，潤滑特性を評価した．その結果，カーボンオニオンゲルは大気中，真空中とも腐食の大きな影響はみられずに潤滑性を示した．また，大気中・常温下においてはカーボンオニオンと比較し高寿命性を持ち，高荷重域ではハロゲンフリーイオン液体よりも優れた潤滑性を示した．以上より，カーボンオニオンゲルは特殊環境下において潤滑剤として機能する可能性が示唆された．

需要在特殊环境（例如真空）中起作用的润滑剂。碳洋葱是一种类型的纳米碳，具有多层同心球体结构，其粒度范围从几十nm不等，在真空中具有低摩擦特性。由于蒸气压很低，因此离子液体即使在室温下也保持液态，并且具有高的热稳定性和高特异性的热量，使其在特殊环境中适合作为润滑剂。但是，碳洋葱是纳米颗粒，因此很难保持在滑动表面并具有短润滑寿命，而离子液体具有不利影响，例如慢速和高负载，从而降低了流体润滑能力。因此，为了提高这些特殊环境中的适用性和润滑性，通过将离子液体和碳洋葱组合产生碳洋葱凝胶，并评估了润滑性能。首先，将碳洋葱添加到无卤素离子液体中，以抑制滑动成员的腐蚀，并进行搅拌和相分离以形成碳洋葱凝胶。使用流变仪在25°C和150°C下测量产生的碳洋葱凝胶的流变特性。结果，在这两种情况下，碳洋葱凝胶的粘度往往随着剪切速率的增加而降低。还可以证实它表现出触变特性，例如粘度随着时间的流逝而降低。发现与25°C的情况相比，粘度在150°C下增加。接下来，使用使用不锈钢作为滑动构件来评估润滑性能的摩擦测试仪进行摩擦测试。结果，碳洋葱凝胶显示出润滑性，而大气或真空中没有任何重大腐蚀作用。此外，与大气中和室温下的碳洋葱相比，它具有更高的寿命，并且在高负载范围内表现出比无卤素离子液体相比表现出的润滑性。从上面，已经提出碳洋葱凝胶在特殊环境中可能起润滑剂的作用。