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青岛理工大学王优强教授团队研究成果：甘油基Fe3O4磁流体制备及摩擦学性能研究
引 言：
论文基于青岛理工大学王优强教授团队研究成果以及国家自然科学基金、山东省自然科学基金资助，文章选用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子，用柠檬酸和油酸对粒子进行表面处理，配制成甘油基磁流体。通过分析可知，一定浓度的磁流体通过形成吸附膜、沉积修复、微轴承和微切削的协同作用，可有效提高甘油的抗磨减磨性，且表面活性剂的类型对甘油基磁流体的摩擦学性能有影响。为相关领域的研究提供一定指导。
文章发表于《功能材料》2022年第53卷第7期，欢迎引用本文：
何彦，王优强，莫君，等. 甘油基Fe3O4磁流体制备及摩擦学性能研究[J].功能材料,2022,53(7): 07013-07018.
He Y,Wang Y Q,Mo J,et al. Preparation and tribological properties of glyceryl Fe3O4 magnetic fluid [J].Journal of Functional Materials, 2022,53(7): 07013-07018.
一、全文速览
绿色摩擦学主要任务是研究和开发实现此目的的各种绿色摩擦学理论、方法和技术。矿物润滑油通过工业和城市垃圾船舶等途径进入环境中，导致大气中CO2、碳氢化合物、NOX、SOX等有害气体增加，严重影响人类呼吸系统和神经系统，并对动植物产生巨大危害。通常它们需要较高的降解温度，而且能保持很长时间不被水解（如对水的污染长达100年），因此，绿色摩擦与润滑是未来工业必须要面对和解决的问题。
甘油作为一种低成本可大量获得的环保材料，且具有良好的生物相容性，在化工、化妆品、食品和医疗等领域]获得了广泛的应用。相比于绿色植物油和水润滑剂，甘油具有更优异的热稳定性、流动性和低温流动性，且在金属加工液和运输链润滑剂等领域已经开始应用。磁流体是把经表面活性剂改性后的磁性纳米粒子弥散在基础液中，形成的一种稳定的胶体。其既具有固体的强磁性，又具有液体的流变性，其流动性和分布可由磁场进行控制，因此其在润滑、密封、医疗和航天航空等领域得到了广泛的应用。磁性纳米粒子在不同的润滑体系中作为添加剂的研究报告有很多，在边界润滑下用磁性纳米粒子做添加剂可以提升基载液的减摩抗磨能力，但在甘油润滑体系中作为添加剂的研究尚未报道。柠檬酸和油酸都是天然有机物，以各种形式广泛存在于动植物体内。为此，本文通过化学共沉淀法制备出Fe3O4纳米粒子，再以甘油为基载液，柠檬酸和油酸为表面活性剂，制备出具有环境友好型的甘油基磁流体。
二、文章亮点
01先用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子，再用柠檬酸和油酸对粒子进行表面处理，配制成甘油基磁流体。
02 通过场透射电镜、傅里叶红外光谱仪、紫外可见光分光光度计和四球摩擦磨损试验机测试，评价改性纳米粒子的尺寸和形貌、表面官能团、分散稳定性和摩擦学性能。
03重点介绍了甘油基磁流体的摩擦学性能。
三、图文展示
图 1 改性Fe3O4纳米粒子的TEM图：(a)CA改性；(b)CAOA改性
图 2 Fe3O4纳米粒子改性前后的红外光谱图
图 3 磁流体吸光度随时间的变化
图 4 四球摩擦系数曲线
图 5 上球摩擦表面SEM图：(a)甘油润滑；(b)1%CA润滑；(c)0.3%CMF润滑；(d)2%CMF润滑；(e)0.3%COMF润滑；(f)2%COMF润滑
图6 抗磨减磨原理图：(a)吸附膜；(b)沉积修复；(c)球轴承；(d)微抛光
三、图文展示
01 制备了在甘油中分散性良好的Fe3O4纳米颗粒，将Fe3O4纳米颗粒分散到甘油中配制了不同浓度的甘油基磁流体，经稳定性实验表明，改性后的纳米粒子在甘油中的分散性良好。
02 0.3%的COMF磁流体抗磨减摩综合效果最佳，平均摩擦系数降低22.68%，磨斑直径减小13.70%。
03 Fe3O4纳米颗粒在摩擦表面通过形成吸附膜、沉积修复、微轴承和微切削的协同作用，改善了甘油的摩擦性能；Fe3O4纳米颗粒表面活性剂对甘油基磁流体的摩擦性能有影响，特别是在高浓度时抗磨性能出现明显差异。