研究亮点

本研究通过离子热合成法成功剥离氟化石墨，制备出少层氟化石墨烯（FG-IL），并将其应用于环氧树脂涂层中，显著提升了涂层的抗磨性能。研究结果表明，FG-IL在环氧树脂中具有良好的分散性和界面相容性，且在摩擦过程中能够形成保护膜，展现出优异的抗磨性能。

研究背景

1. 氟化石墨烯（FG）是一种重要的石墨烯衍生物，因其具有高机械强度、高热稳定性和超疏水性等特点，被认为是一种理想的纳米复合材料、超级电容器和润滑剂材料。然而，FG在环氧树脂涂层中的分散性较差，限制了其在抗磨应用中的广泛使用。

2. 剥离和氟化是制备FG的两个主要过程。传统的剥离方法（如机械剥离和液相剥离）存在效率低、难以大规模生产等问题。此外，FG在水和有机溶剂中的分散性较差，需要开发一种高效、低成本的制备方法，以实现FG在复合涂层中的均匀分散。

研究思路

本研究采用离子热合成法剥离氟化石墨，制备出少层FG-IL纳米片，并将其作为纳米填料添加到环氧树脂涂层中以改善其抗磨性能。研究重点在于探索FG-IL在环氧树脂中的分散性、界面相容性以及其在摩擦过程中的作用机制。通过分析FG-IL的结构和化学组成，揭示其在环氧树脂涂层中增强抗磨性能的机制。

主要结论

1. FG-IL的制备与结构特性：通过离子热合成法成功将氟化石墨剥离为少层FG-IL纳米片，其厚度约为1.5 nm。FG-IL在水和聚合物树脂中展现出良好的分散性，且与环氧树脂具有良好的界面相容性。XPS分析表明，FG-IL中氟含量显著降低，表明在剥离过程中部分氟原子被去除，恢复了部分sp²杂化结构。

2. 涂层的微观结构与性能：FG-IL/EP复合涂层的截面形貌显示出良好的分散性和界面相容性，涂层内部结构更加致密均匀。与纯环氧树脂涂层相比，FG-IL/EP涂层的摩擦系数降低了11.4%，磨损率降低了54.6%。

3. 摩擦学机制：FG-IL/EP涂层在摩擦过程中表现出优异的抗磨性能，主要归因于两个因素：一是FG-IL纳米片在摩擦界面处形成保护膜，防止摩擦副直接接触；二是摩擦过程中产生的铁氟化物（如FeF₂/FeF₃）进一步增强了保护膜的稳定性，有效降低了摩擦和磨损。

文章信息

1. Yin Huang, Yushan He, Xiaoqiang Fan, Minhao Zhu. Ionic liquid functionalized fluorinated graphene toward excellent anti-wear filler into epoxy coating[J]. Carbon, DOI：10.1016/j.carbon.2025.120017.

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622325000338

3. 作者团队来自中国西南交通大学材料科学与工程学院和机械工程学院摩擦学研究所。

信息来源：润滑科技信息平台丨订阅号

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。