CuO nanosheets produced in graphene oxide solution: an excellent anti-wear additive for self-lubricating polymer composites
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以氧化石墨烯為模板、在其水溶液中自組裝形成片狀納米氧化銅，采用熱處理去除氧化石墨烯得到長、寬、厚度分別約為1000 nm、400 nm、13 nm的梭形二維納米氧化銅。該二維結構納米氧化銅添加到碳纖維/聚四氟乙烯（CF/PTFE）中能夠顯著提高其自潤滑性能，當添加量為1.5wt.%時磨損降低一半。DSC結果表明，納米氧化銅的添加能夠顯著改善材料的熱穩定性。磨損面分析發現，二維氧化銅的添加能夠有效阻止PTFE從貧碳纖維區剝離，且能在摩擦面富集以增強轉移膜的強度，進而有效降低了黏著磨損。
摘要速遞
該工作在氧化石墨烯水溶液中制備了片狀納米氧化銅，其中氧化石墨烯作為模板能夠提供氧化銅在二維方向生長的環境、并解決納米氧化銅的分散性。SEM和AFM結果表明，氧化銅以梭形結構存在，其長、寬、厚度分別約為1000 nm、400 nm、13 nm。該納米氧化銅能夠增強CF和PTFE的界面結合強度及CF/PTFE的熱穩定性。
將其添加到高性能自潤滑材料CF/PTFE中以進一步提高其摩擦學性能，并采用顆粒狀及纖維狀氧化銅作為對比。摩擦結果顯示，添加納米片狀氧化銅后，已經具備極低磨損的CF/PTFE的磨損降低高達51wt.%。而顆粒狀及纖維狀的納米氧化銅的效果遠不如片狀納米氧化銅。磨損面分析表明，二維氧化銅的添加能夠有效阻止PTFE從貧纖維區剝離，且能在摩擦面富集以增強轉移膜的強度，進而有效降低了黏著磨損。
圖文快解
Fig. 1. (a, b) FESEM images, (c) 3D image, (d) height distribution, (e) XRD patterns and (f) Raman spectra of CuO nanosheets. The inserted graph in (d) shows the height distribution throughout the green line.
Fig. 2. Schematic illustration of the formation of CuO nanosheets.
Fig. 3. Fractured surfaces of (a) CF/PTFE and (b, c) 1.5%CuO-S/CF/PTFE at different magnifications.
Fig. 4. DSC of CF/PTFE and CuO-S/CF/PTFE composites with different CuO-S loadings.
Fig. 5. (a-c) Wear rate, friction coefficient and contact temperature of different CF/PTFE composites. (d) Online friction coefficient and (e) contact temperature of CF/PTFE and 1.5%CuO reinforced CF/PTFE.
Fig. 6. ESEM images of worn surfaces: the counterpart against (a) CF/PTFE, (b) 1.5%CuO-S/CF/PTFE; (c, e) CF/PTFE, (d, f) 1.5%CuO-S/CF/PTFE. FESEM images of 1.5%CuO-S/CF/PTFE (g) before test, (h) after test.
Fig. 7. (a) EDX result of the counterpart against 1.5%CuO-S/CF/PTFE. (b-e) The distribution of C, F, O and CuO. (f) is the magnified view of the red
Fig. 8. XPS result of 1.5%CuO-S/CF/PTFE (a) before test and (b) after test. The inserted table shows the atomic percent (atomic %) and the calculated CuO weight percent (wt %).
特色創新
1. 以氧化石墨烯為模板、在其水溶液中自組裝形成片狀納米氧化銅。
2. 該納米氧化銅能夠增強CF和PTFE的界面結合強度及CF/PTFE的熱穩定性。
3. 將該材料加入到高性能自潤滑材料CF/PTFE中，能夠顯著降低材料磨損。
4. 該氧化銅的添加能夠有效阻止PTFE從貧纖維區剝離，且能在摩擦面富集以增強轉移膜的強度，進而有效降低了黏著磨損。
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