基于氟离子掺杂的石墨烯润滑油改性方法

1.本发明涉及润滑油技术领域，具体涉及一种基于氟离子掺杂的石墨烯润滑油改性方法。

背景技术：

2.摩擦和磨损在日常生活和自然界中广泛存在，由此造成的能源消耗、机械损耗等问题日益突出，控制或减小摩擦磨损的最有效方法是使用润滑剂。传统的润滑油添加剂常含有硫、磷、氯等有机化合物和金属盐及胺盐，这些添加剂不仅易分解造成对环境的污染，而且不能满足现代机械设备向高速、高温和高载荷方向发展的润滑性能要求。碳纳米颗粒作为润滑添加剂具有优良的抗磨减摩性能和承载能力，而石墨烯作为一种先进碳纳米材料在固液摩擦润滑领域受到广泛重视，被作为一种功能补强剂来深入研究，改善润滑剂的性能。
3.石墨烯由于其易团聚的特性，在润滑油使用中分散稳定性不足，长期使用后会出现团聚现象，针对此问题很多学者采用多种修饰手段对石墨烯材料进行功能化改性，以提高石墨烯类物质在润滑剂中的分散稳定性。现有方法主要包括添加分散剂、石墨烯表面修饰、石墨烯原子掺杂。如2017年王宏跃等对石墨烯进行油酸修饰后可改善蓖麻油的润滑性能，石墨烯质量分数为0.002％时，磨斑直径和摩擦系数分别减小14.8％和23.7％。2019年孔尚等将石墨烯辅以分散剂高分子量丁二酰亚胺均匀分散在pa0－4中，发现可显著提升基础油的抗磨减摩性能。2020年刘坪等制备的改性氧化石墨烯可有效改善150sn矿物油的摩擦学性能。
4.现有使用分散剂的石墨烯分散稳定性提高方法稳定性不高，不利于润滑油的长期应用，而且分散剂的加入会引入其它变量带来润滑油性能的不可控变化。现有利用石墨烯原子掺杂的技术其加工工艺复杂，成本较高昂，且基于高能粒子的原子掺杂法会增加石墨烯缺陷和不平整度，不利于其摩擦润滑应用。现有表面修饰方法虽已经具有一定范围的应用，但其适应性不足，对不同方法，不同厂家出产的石墨烯不能达到最优最经济的改性反应条件。
5.本发明旨在提供一种基于氟掺杂的石墨烯的润滑油改进方法，在低功耗易加工情况下提高石墨烯润滑油分散稳定性。

技术实现要素：

6.为了解决现有石墨烯润滑油存在的团聚、石墨化问题，本发明提供一种更加稳定可靠、成本更低的石墨烯润滑油及其改进方法。
7.基于此，本发明提供一种基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，具体包括如下步骤：
8.第一步，通过氟化反应样本生成试验，建立润滑油石墨烯填料复合氟化反应能效优化模型和石墨烯氟化反应生成物优化模型；
9.第二步，针对特定石墨烯原料，运用石墨烯复合氟化反应能效优化模型给出能效最优反应条件；
10.第三步，在考虑润滑油需求性能的情况下，将能效最优反应条件和生成物设定比例输入石墨烯氟化反应生成物优化模型，给出考虑生成物占比的优化反应条件；
11.第四步，进行氟化反应，并将氟化石墨烯填料与基础溶剂混合，完成石墨烯润滑油改性。
12.其中，所述行氟化反应样本生成实验为运用原子力显微镜、扫描电镜、拉曼光谱、x射线衍射仪在微观尺度下运用统计学方法进行样本训练。
13.其中，所述训练样本为石墨烯原料中主要缺陷分布占比情况、反应温度、反应时间、反应程度、不同反应生成物比例。
14.其中，所述石墨烯复合氟化反应能效优化模型由深度残差网络搭建。
15.其中，所述石墨烯氟化反应生成物优化模型由卷积神经网络搭建。
16.其中，所述石墨烯中主要缺陷包括碳碳单键、碳碳双键、环氧化物三种缺陷。
17.本发明的有益效果
18.本发明运用三乙胺三氟化氢对石墨烯进行改性处理，即在石墨烯边缘及内部缺陷处稳定结合氟化物，可大大减轻石墨烯润滑油长期磨损出现的团聚问题，使润滑油稳定性、耐磨性较之原来大大提高。同时通过基于石墨缺陷统计学分析的氟化反应条件确定方法可以最大限度提高反应速率降低反应成本，且通过石墨烯氟化反应生成物优化模型可以对反应生成物比例进行控制，增大了氟化反应的灵活性，使基于氟化的石墨烯润滑油性能改进工艺具备灵活、便捷、低功耗的特点，具备广泛的应用前景。
具体实施方式
19.本发明所述石墨烯润滑油改进方法为：通过对石墨烯边缘及内部缺陷研究，提出运用三乙胺三氟化氢对石墨烯进行改性处理，使氟化物与石墨烯边缘及内部缺陷稳定结合，提高石墨烯润滑油分散稳定性能。同时通过对石墨烯缺陷形态的分析及统计，构建基于残差网络和卷积神经网络的反应条件优化模型到针对不同石墨烯的氟化反应条件确定方法。
20.具体的运用三乙胺三氟化氢对石墨烯进行氟化以提高石墨烯润滑油的分散稳定性。氟化过程分为两部分，反应前进行氟化反应样本生成实验，运用实验生成的训练样本建立石墨烯复合氟化反应能效优化模型和石墨烯氟化反应生成物优化模型。在反应时针对特定石墨烯原料，运用石墨烯复合氟化反应能效优化模型给出能效最优反应条件。然后将能效最优反应条件和生成物设定比例输入石墨烯氟化反应生成物优化模型，给出考虑生成物占比的优化反应条件。最后按给定条件进行氟化反应。
21.所述行氟化反应样本生成实验为，选取多重厂家石墨烯样品，运用原子力显微镜、扫描电镜、拉曼光谱、x射线衍射仪在微观尺度下运用统计学方法计算样本石墨烯中主要缺陷的分布占比情况并记录，给定不同反应温度、反应时间，并在反应后记录反应程度和不同反应生成物比例。
22.所述石墨烯复合氟化反应能效优化模型由深度残差网络搭建。
23.所述石墨烯氟化反应生成物优化模型由卷积神经网络搭建。
24.本发明运用三乙胺三氟化氢对石墨烯润滑油进行分散稳定性改进，具备高性能低功耗的优点，同时在石墨烯润滑油氟化改进时，可以针对不同的原料给出最优反应条件，且可通过调整反应条件对氟化反应生成物比例进行调整，使改性更加灵活，有助于石墨烯润滑油性能的进一步调整和提高。
25.以下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
26.石墨烯润滑油的性能主要受到石墨烯的影响，对石墨烯润滑油的优化本质上就是对石墨烯的优化。石墨烯本身碳原子呈sp2杂化，性质极为稳定，不易发生反应，掺杂较为困难，且掺杂成本极高。但石墨烯生成时由于各种不可控原因，在某些位置碳原子的sp2杂化被改变，生成诸如碳碳单键、碳碳双键、环氧化物等缺陷，这些缺陷为石墨烯原子低功耗稳定掺杂创造了条件。利用石墨烯边缘及内部缺陷本发明提出一种基于氟掺杂的石墨烯润滑油优化方法。
27.本发明所述氟掺杂方法，即为使用三乙胺三氟化氢为反应物对石墨烯进行氟化处理。考虑到不同种类石墨烯缺陷与三乙胺三氟化氢反应条件不同，为方便优化反应条件，对三乙胺三氟化氢与碳碳单键、碳碳双键、环氧化物三种主要石墨烯缺陷反应进行分析，得到反应方程式及反应条件下述反应式所示。
[0028][0029]
本发明提供方法分为掺杂反应前模型训练，和掺杂反应时两部分。
[0030]
进行石墨烯氟掺杂前，首先针对不同石墨烯原料，运用原子力显微镜、扫描电镜、拉曼光谱、x射线衍射仪在微观尺度下运用统计学方法计算样本石墨烯中碳碳单键、碳碳双键、环氧化物三种主要缺陷的分布占比情况。
[0031]
然后运用深度残差网络构建石墨烯复合氟化反应能效优化模型。即选取大量不同厂家石墨烯原料，通过改变反应条件运用实验方法得到大量反应样本并进行分析，以此为基础搭建神经网络，使其构建不同缺陷比例给定下，反应程度、反应成本和反应条件的对应关系，并以反应程度最大反应成本最小为目标，进行训练，使其可以针对不同石墨烯原料输出在能耗最小的情况下达到最大反应程度的最优反应条件。
[0032]
最后，以上述样品实验数据为基础搭建基于卷积神经网络的石墨烯氟化反应生成物优化模型，即以反应生成物比例准确性为目标训练网络在给定反应生成物比例和能效最优反应条件时可给出考虑生成物占比的优化反应条件。这就具备通过控制反应温度和反应时间调整生成物比例的能力，可更灵活的对石墨烯润滑油分散稳定性能进行调整。
[0033]
进行石墨烯氟掺杂时，针对石墨烯原料在微观尺度下进行主要缺陷占比确定。然后将缺陷占比输入石墨烯复合氟化反应能效优化模型得到最优反应条件。再后将需求的生成物占比和最优反应条件输入石墨烯氟化反应生成物优化模型，得到考虑生成物占比的优化反应条件，最后按条件进行石墨烯氟化反应，并加入润滑油中，完成石墨烯润滑油性能改进。
[0034]
所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。
[0035]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：

1.一种基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其特征在于，包括：第一步，通过氟化反应样本生成试验，建立石墨烯复合氟化反应能效优化模型和石墨烯氟化反应生成物优化模型；第二步，针对特定石墨烯原料，运用石墨烯复合氟化反应能效优化模型给出能效最优反应条件；第三步，将能效最优反应条件和生成物设定比例输入石墨烯氟化反应生成物优化模型，给出考虑生成物占比的优化反应条件；第四步，进行氟化反应。2.如权利要求1所述基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其特征在于：所述行氟化反应样本生成实验为运用原子力显微镜、扫描电镜、拉曼光谱、x射线衍射仪在微观尺度下运用统计学方法进行样本训练。3.如权利要求2所述基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其特征在于：所述训练样本为石墨烯原料中主要缺陷分布占比情况、反应温度、反应时间、反应程度、不同反应生成物比例。4.如权利要求1或2所述基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其特征在于：所述石墨烯复合氟化反应能效优化模型由深度残差网络搭建。5.如权利要求1或2所述基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其特征在于：所述石墨烯氟化反应生成物优化模型由卷积神经网络搭建。6.如权利要求3所述基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其特征在于：所述石墨烯中主要缺陷包括碳碳单键、碳碳双键、环氧化物三种缺陷。7.采用权利要求1至6任意一种方法改性的氟掺杂的石墨烯润滑油。

技术总结

本发明提出一种基于氟掺杂的石墨烯润滑油改进方法，其包括：第一步，通过氟化反应样本生成试验，建立石墨烯复合氟化反应能效优化模型和石墨烯氟化反应生成物优化模型；第二步，针对特定石墨烯原料，运用石墨烯复合氟化反应能效优化模型给出能效最优反应条件；第三步，将能效最优反应条件和生成物设定比例输入石墨烯氟化反应生成物优化模型，给出考虑生成物占比的优化反应条件；第四步，进行氟化反应。可大大减轻石墨烯润滑油长期磨损出现的团聚问题，使润滑油稳定性、耐磨性较之原来大大提高。耐磨性较之原来大大提高。