慧正資訊，近日，西南交通大学樊小強教授团队制备出一系列功能化石墨烯材料，解决了石墨烯在工业油品和有机基体中的应用难题、及其背后的表界面科学问题。
研究中，他們成功實現石墨烯複合潤滑添加劑的批量制備，這種複合潤滑添加劑具有高密度修飾的特點。
同时，他们还建立了基于石墨烯润滑剂的表界面润滑理论模型，借此打造了具有自主知识产权的多功能复合润滑添加剂，有望打破 Lubrizol、Infineum、Chevron Oronite 和 Afton 四大添加剂公司对于复合剂的技术垄断。
同時，本次研究針對不同領域的機械部件服役工況條件，系統性地優化了石墨烯增強潤滑劑，讓其可以滿足機械裝備在服役工況、極端環境之下的潤滑需求，解決了高速載運裝備、及其關鍵運動部件在多場耦合作用之下的磨損問題。
通過采用表面改性技術，他們還對石墨烯表界面的狀態加以有效調控，解決了石墨烯在潤滑應用上的分散穩定性瓶頸，借此研發的石墨烯類複合潤滑添加劑，能被作爲優質的潤滑添加劑從而滿足相關的工業應用。
預計本次研制的石墨烯潤滑劑，能給機械部件帶來一系列的性能優勢：比如高負荷下較低的機械應力、遇到雙向摩擦也不會出現過早疲勞、確保機器部件擁有較長的使用周期等。
這樣一來不僅可以降低運行成本，
而且還能助力“雙碳”目標的實現。目前，這款潤滑劑已經在土工機械場景中獲得規模化的應用。
具體來說，他們面向針對不同機械裝備及其部件的石墨烯齒輪油、傳動油、液壓油等，和廣西柳工
機械股份有限公司聯合成立“工程機械潤滑劑聯合實驗室”，目前已經建立專用于工程機械的石墨烯潤滑劑的生産體系和評價體系。
潤滑劑的存在旨在解決摩擦和磨損的問題，這也是所有機械裝備及其關鍵運動部件的共性問題。
每年因为摩擦磨损消耗掉全球三分之一的一次性能源，约 80% 的机器零部件失效与之相关。世界各国每年因摩擦磨损造成的损失约占国民生产总值的 2-7%。
假如可以很好地应用摩擦学知识，所能节约的费用大约是国民生产总值的 1.0-1.4 %。
只要涉及到摩擦和磨損的地方，潤滑就不可或缺。多年來，中國工業發展一直呈現出直線上升的趨勢，風電、核電、冶煉、精密制造、軌道交通等多行業領域，對于潤滑油脂的需求也在成倍增長。
目前，中國已經是世界潤滑油脂消耗量第一大國。“兵馬未動、糧草先行”。作爲一種至關重要的工業消耗品，潤滑油脂的發展水平在某種程度上反映著一個國家的工業發展水平。
《中国制造 2025》以及“交通強国”战略的实施，让以高速列车为典型代表的高速载运装备，在国民经济、国家安全和人民生活等方面发挥越来越重要的作用。
作爲中國一張靓麗名片的高速列車，在“走出去”時會面臨廣域多環境、工況極端等役場景，不可避免地會發生嚴重的磨損、疲勞和腐蝕等失效問題，難以滿足其全壽命期內實現低能耗、高精度、高可靠等高服役性能要求。
這些由于環境與工況耦合導致的問題，不僅會造成嚴重的能源、資源的消耗問題，更會存在嚴重的安全事故風險。
要想實現高速載運裝備在全壽命周期中的高功能服役，就必須確保其關鍵運動部件的“形面完整性和功能穩健性”。
但是，如何保障核心機械表界面的完整性，已經成爲制約高速載運裝備發展的“卡脖子”問題之一。
其中，高效的機械表面防護是核心技術。多年來，樊小強
團隊的研究聚焦于高速載運裝備及關鍵部件，致力于解決它們在多環境和變工況服役下的磨損、疲勞和腐蝕等問題。
在過去，他和課題組圍繞高性能機械表面防護材料及其應用，開展了一系列的研究。
其中涉及到研發基于二維納米材料的複合添加劑，研發低摩擦、高承載、防腐蝕的潤滑油脂，以及研發耐磨損、抗疲勞、防腐蝕的有機塗層等。
衆所周知，石墨烯以其典型的結構與性能優勢，在衆多行業有巨大的應用潛力。憑借出色的力學性能、較高的載流子遷移率、高溫條件下的化學穩定性、公度與非公度調控等優勢，人們非常熱衷于使用石墨烯來研發高性能潤滑材料或潤滑添加劑。
然而，石墨烯的化学惰性、层间 π-π 作用等特点，严重影响着它的润滑功能。
考慮到無機-有機雜化的界面問題、以及原子摻雜和引入缺陷，會嚴重改變石墨烯的本征結構和性質。因此該團隊采用外場輔助濕法，研發出了這種功能化石墨烯。
他們還圍繞工業基礎油的基本屬性和分子結構，篩選出不同類型的親油性修飾劑，借助石墨烯基面或邊緣的基團和懸鍵，利用修飾劑官能團與其發生化學作用，實現了石墨烯的功能化、以及與不同基礎油的匹配性設計。
而这一系列的成果离不开他们的辛勤付出。尤其是 2018 年中秋节那天晚上，成都开始下起大雨倾盆，樊小強
与三名学生紧罗密布地开展项目申报书的最后修订和答辩 PPT 的制作。
直到黎明時分他們終于忙完工作，天氣好轉一片萬裏晴空。“忙完之後，我在早上吃了一碗香辣牛肉面，這讓我又回想起在中科院蘭化所讀研時做完實驗吃牛肉面的場景。努力的過程是最美妙的，此情此景非常值得回味。”樊小強
說。
最终，相关论文以《平行排列氧化石墨烯杂化环氧复合涂层耐磨性的实验与理论评价》（Experimental and theoretical evaluations on the parallel-aligned graphene oxide hybrid epoxy composite coating toward wear resistance）为题发在 Carbon。
西南交通大學碩士生何玉姗是第一作者，西南交通大學樊小強
教授和黃銀
副教授担任共同通讯作者 。
除了本次論文之外，課題組的其他相關論文分別發表在
Chemical Engineering Journal
、
Applied Surface Science
、
Friction
和
Tribology International
等期刊。此外，目前其已授权国家发明专利 7 项。
另據悉，憑借針對高鐵、地鐵的鋼軌損失維護上的貢獻，樊小強
曾獲得“全國鐵路青年科技創新獎”。
作爲軌道交通的重要承載部件，鋼軌在服役環境和工況耦合作用之下，會産生波磨、擦傷、剝落、裂紋、磨耗等，這會嚴重影響列車的平順性、穩定性和安全性。
樊小
強
表示：“針對我國高速被動打磨磨石技術依然嚴重落後于法國、德國等軌道交通發達國家，特別是最重要耗材的高速打磨磨石完全被 Vossloh
、Saint-Gobain
等外企壟斷的問題，我們采用正交試驗的方法，成功研制了鋼軌高速打磨的高性能磨石。”
同时，他和团队还开展了磨石综合性能考评，目前这款磨石的打磨功效已经达到国际先进水平。“这项成果为高铁后时代轨道交通的运行维护提供了材料技术与理论支撑，对于‘交通強国’的建设起着重要支撑作用。”他說。
未來，
樊小
強
團隊將更加聚焦于研究磨損與腐蝕防護技術，尤其將重點研究緊固件。
緊固件，素有“工業之米”之稱。它能發揮傳遞力/力矩、運動或密封等功能，保障高速載運裝備及其機械結構執行關鍵程序。
但是，紧固件的接触面承受动载荷、以及苛刻服役环境的強烈耦合作用，不可避免会让其发生磨损、疲劳和腐蚀等损伤，导致连接界面变形、表面状态变化、应力分布改变、服役性能衰退等问题，并会威胁到装备在全寿命周期之内的可靠性、安全性和舒适性。
基于此，课题组将进一步研究以紧固件为代表的零部件，力争及时研发出来相应的防护材料，更好地助力“交通強国”的建设。
