【正文】 根離子。 他們還考察了辛酸鈉水溶液中工作電極電位對(duì)低碳鋼銷(xiāo) /低碳鋼盤(pán)副的動(dòng)摩擦系數(shù)的影響[12]，并獲得了與文獻(xiàn) [11]類(lèi)似的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)采用了低碳鋼銷(xiāo) /低碳鋼盤(pán)副以及低碳鋼銷(xiāo) /砂石盤(pán)副，并以低碳鋼銷(xiāo)作為工作電極。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用伏安法、阻抗譜和傅立葉變換紅外光譜（ FTIR）等技術(shù)研究了電極電位控制下金屬表面膜的化學(xué)特性，并對(duì)摩擦的電位依賴(lài)特性進(jìn)行了理論建模。 翟文杰等對(duì) H60 基礎(chǔ)油、硬脂酸 /H60、硬脂醇 /H60 三種潤(rùn)滑劑邊界潤(rùn)滑條件下 SUJ2 鋼球/S45C 鋼盤(pán)副的電控摩擦效果分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究 [18]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在 H60 基礎(chǔ)油、硬脂醇 /H60中均存在不同程度的電控摩擦效果，施加正電壓（鋼盤(pán)接電源正極，電流從鋼盤(pán)流向鋼球）使摩擦系數(shù)減小，施加負(fù)電壓使摩擦系數(shù)升高；而在硬脂酸 /H60 中沒(méi)有電控摩擦效果。他們的解釋存在一些可疑之處，在他們的實(shí)驗(yàn)中其實(shí)并不存在直流電場(chǎng)，因?yàn)殡妷菏┘釉跇?gòu)成摩擦副的金屬銷(xiāo)和盤(pán)上，而銷(xiāo)和盤(pán)通過(guò)接 觸電阻連接，故形成電場(chǎng)所需要的兩極板并不存在。 Tung 等發(fā)現(xiàn)在活塞環(huán)金屬表面上的電化學(xué)沉積膜具有較好的減摩特性 [21]，即從某種潤(rùn)滑液中沉積到帶電活塞環(huán)表面上的磷酸鐵膜可進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)。他們將加電后摩擦特性的改善歸因于 ZDP礦物油混合物的電化學(xué)反應(yīng)在金屬表面上生成磷酸或硫酸膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，施加直流和低頻交流電壓均導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低。拔絲過(guò)程中的磨損導(dǎo)致銅絲上的氧化層不斷脫落，而通過(guò)對(duì)銅絲施加適當(dāng)電位，電化學(xué)反應(yīng)在銅絲裸露的銅表面上產(chǎn)生新的鈍化層，從而使表面質(zhì)量大為提高，摩擦系數(shù)降低，能量耗散顯著減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用毫米級(jí)電極，只能研究極性很強(qiáng)的潤(rùn)滑油，并且需要提供較大濃度的支持電解質(zhì)以提高電導(dǎo)率，該技術(shù)可以考察減摩劑和極壓劑的機(jī)理；應(yīng)用微電極，則可研究極性較弱的潤(rùn)滑油，但仍然需要支持電解質(zhì)，該技術(shù) 可用于檢測(cè)溶液中添加劑的有效濃度；使用納米電極系統(tǒng)，可針對(duì)極性很低的潤(rùn)滑油進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，甚至不需要支持電解質(zhì)。對(duì)于在特定的交流電場(chǎng)下摩擦力幾乎為零的現(xiàn)象，他們認(rèn)為部分是由于交流電場(chǎng)下懸臂共振的改善引起的。文獻(xiàn) [28]和 [20]都認(rèn)為對(duì)摩擦副施加電場(chǎng)會(huì)影響摩擦界面的粘附性質(zhì)。 Petrenko、 Arakawa 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了外加電場(chǎng)對(duì)冰面摩擦的影響 [30, 31]， 發(fā)現(xiàn)施加 kV 級(jí)直流或交流電壓后冰 /金屬副的摩擦有所增大。C 至－ 30176。從潤(rùn)滑條件來(lái)看，大部分電控摩擦研究中使用了潤(rùn)滑介質(zhì)，而其中以水基潤(rùn)滑液為主 [117]，也有以非水溶液作潤(rùn)滑液的 [1826]，其中的少數(shù)研究還采用了固體膜潤(rùn)滑 [27, 28]；還有一些電控摩擦研究是在干摩擦條件下進(jìn)行的 [2931]?？傊嘘P(guān)電控摩擦機(jī)理的論述涉及到物理、化學(xué)、電化 學(xué)等因素，針對(duì)不同的電控摩擦體系，起主導(dǎo)作用的電控摩擦機(jī)理存在差異。 非水溶液潤(rùn)滑體系的電控摩擦機(jī)理與電化學(xué)反應(yīng)、粘附能變化、潤(rùn)滑膜結(jié)構(gòu)改變、潤(rùn)滑膜狀態(tài)改變等相關(guān)。 在以往的電控摩擦研究中，為了深入探索電控摩擦的機(jī)理，研究人員使用了電化學(xué)方法、光譜法、顯微技術(shù)、微天平技術(shù)等檢測(cè)手段，這些檢測(cè)手段主要包括伏安法 [4, 6, 14, 15, 25, 26]、阻抗譜[8, 11, 14, 15, 25, 26]、紅外光譜 [14, 15]、拉曼光譜 [6]、電化學(xué)原子力顯微技術(shù)（ ECAFM） [8]、電化學(xué)石英晶振微天平技術(shù)（ ECQCM） [8]等。原子力顯微鏡（ AFM）廣泛應(yīng)用于固體薄膜原子級(jí)成像、界面吸附層表征等檢測(cè)領(lǐng)域 [3237]， AFM 與電化學(xué)方法結(jié)合的ECAFM 技術(shù)則可檢測(cè)不同電位下電極表面上吸附膜 的形貌變化。通過(guò)各種檢測(cè)手段的相互佐證，并且借助原位的檢測(cè)手段，有望真正揭示電控摩擦的機(jī)理，并真正建立電極電位、電極電流、電極表面電荷密度與摩擦系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。 在潤(rùn)滑介質(zhì)方面，基于非水溶液潤(rùn)滑的電控摩擦研究是一個(gè)比較新穎且具有廣泛應(yīng)用背景的課題。 在導(dǎo)電介質(zhì)方面，將導(dǎo)電介質(zhì)從潤(rùn)滑介質(zhì)中獨(dú)立出來(lái)是一種全新的思路。若采用獨(dú)立的電解液或固態(tài)電解質(zhì) [4448]作為導(dǎo)電介質(zhì)，則可以在獲得較好電控摩擦效果的同時(shí)，避免金屬試件摩擦表面的電化學(xué)腐蝕，并且對(duì)潤(rùn)滑介質(zhì)的電導(dǎo)率也沒(méi)有要求，從而使適合于電控摩擦的潤(rùn)滑介質(zhì)種類(lèi)得到擴(kuò)充。以往基于宏觀(guān)尺度摩擦的電控摩擦研究中，摩擦界面的雙電層斥力是可以忽略的，但在基于微觀(guān)尺度摩擦的電控摩擦研究中，摩擦界面的雙電層斥力不能忽略，因此，基于微觀(guān)尺度摩擦的電控摩擦研究有助于全面理解電控摩擦機(jī)理。選擇該課題也是基于對(duì)電控摩擦研究發(fā)展趨勢(shì)的考慮，本課題的工作將促進(jìn)電控摩擦研究的發(fā)展，并推動(dòng)電控摩擦技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。表面活性劑、脂肪 酸及衍生物廣泛應(yīng)用于工業(yè)潤(rùn)滑領(lǐng)域，而碳酸烯酯類(lèi)中的碳酸丙烯酯（ PC）、醇類(lèi)中的乙醇都是良好的極性有機(jī)溶劑。這便啟示我們，在基于非水溶液的電控摩擦研究中，也有可能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)穩(wěn)定窗口內(nèi)的電控摩擦。為了提高非水基潤(rùn)滑液的電導(dǎo)率，往往需要添加一些支持電解質(zhì) [25, 26]。橢圓偏振光檢測(cè)技術(shù)可表征固 /液界面的吸附行為，其分辨率可達(dá) 。此外，本課題利用電流積分技術(shù)，將雙電層電流與法拉第電流分開(kāi)，從而得到電極表面電荷密度文獻(xiàn)綜述與選題報(bào)告 姓名： 陽(yáng)小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 7 與電極電位之間的定量關(guān)系。在微觀(guān)尺度下有效法向力必須引入雙電層斥力的貢獻(xiàn)，因此，基于微觀(guān)尺度摩擦的電控摩擦研究應(yīng)該綜合考慮電位對(duì)潤(rùn)滑膜狀態(tài)的影響、電位對(duì)有效法向力的影響。 本課題的整體研究方案如下：以非水溶液為潤(rùn)滑介質(zhì)，并以潤(rùn)滑介質(zhì)為導(dǎo)電介質(zhì)，進(jìn)行電控摩擦實(shí)驗(yàn)，結(jié)合多種檢測(cè)技術(shù)初步確定基于非水溶液潤(rùn)滑的電控摩擦機(jī)理；采用獨(dú)立的導(dǎo)電介質(zhì)，進(jìn)行基于非水溶液潤(rùn)滑的電控摩擦實(shí)驗(yàn)，以提高電控摩擦效果，并進(jìn)一步 驗(yàn)證電控摩擦機(jī)理；結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論分析來(lái)研究基于微觀(guān)尺度摩擦的電控摩擦，以便全面理解電控摩擦機(jī)理。以上實(shí)驗(yàn)均在球盤(pán)摩擦試驗(yàn)機(jī)上完成，摩擦副為 ZrO2球 /不銹鋼盤(pán)副。 表 1 列出了乙醇、碳酸丙烯酯、水等溶劑的相對(duì)介電常數(shù)、偶極矩值，表中三種溶劑按極性由強(qiáng)到弱排序依次為：碳酸丙烯酯 水 乙醇。圖 1為基于油酸鈉的 PC溶液潤(rùn)滑的電控摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中法向載荷（ L）、相對(duì)轉(zhuǎn)速（ n）條件為：L = 10 N， n = 180 rpm。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在某些非水基潤(rùn)滑液中確實(shí)存在電控摩擦效應(yīng)。所用的導(dǎo)電介質(zhì)先后采用了納米復(fù)合材料固態(tài)聚合物電解質(zhì)（ NCSPE）、電解液。實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度 25176。對(duì)這種結(jié)果的解釋如下：實(shí)驗(yàn)中所制備的 SPE 體相阻抗太大，以致于槽電壓變化導(dǎo)致的工作電 極界面電位的變化很小，故工作電極表面的電荷量幾乎不變，因此沒(méi)有產(chǎn)生電控摩擦效果。圖 8 的電控摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的電控摩擦系統(tǒng)具有電控摩擦效應(yīng)，但電控摩擦的效果不能持續(xù)維持。工作電極為不銹鋼盤(pán)摩擦試件，對(duì)電極采用石墨電極，參比電極采用 Ag/AgCl固體電極（ DRIREF2SH。其電控摩擦系統(tǒng)示意圖如圖 9 所示，電控摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 10。不過(guò)，盡管沒(méi)有獲得較好的電控摩擦效果，但采用獨(dú)立導(dǎo)電介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電控摩擦依然是可行的。 采用 QCM 檢測(cè)方法可獲得固 /液界面、固 /氣界面吸附膜的吸脫附行為，針對(duì)不同性質(zhì)的吸附膜（粘彈性膜或剛性膜），需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。為了獲得不同工作電極電位處的界面電容值，采用單頻掃電位方法測(cè)量每個(gè)電位處的阻抗，然后從阻抗虛部計(jì)算得到相應(yīng)的界面電容大小?？傠姾闪繙p去法拉第電荷量，其差值便是工作電極表面電荷量。因此，有必要采用針對(duì)性的測(cè)試技術(shù) 對(duì)電控摩擦過(guò)程中相關(guān)物理量進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)對(duì)這些物理量相互關(guān)系的全面分析，真正建立起工作電極電位、電流、表面電荷變化與潤(rùn)滑膜狀態(tài)（厚度、質(zhì)量）改變之間的關(guān)系，從而澄清電控摩擦機(jī)理，并確立描述電控摩擦規(guī)律的定量模型。 實(shí)驗(yàn)環(huán) 境溫度為 25176。工作電極 /溶液界面起潤(rùn)滑作用的吸附膜的狀態(tài)隨工作電極電位而改變，直接導(dǎo)致其潤(rùn)滑特性的改變。 EIS 實(shí)驗(yàn)條件為： DC 電位掃描范圍－ 1V 至＋ 1V，掃描間隔 ；交流擾動(dòng)信號(hào)幅值 10mV，頻率 10Hz。圖 13 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在 +，界面電容倒數(shù)隨工作電極電位增大而增大，在 +，界面電容倒數(shù)隨工作電極電位增大而減小，且這種趨勢(shì)對(duì)純 PC、 SDBS 的 PC 溶液都是一樣的。電控摩擦實(shí)驗(yàn)的其他條件為： ZrO2 球 /不銹鋼盤(pán)副，石墨對(duì)電極；實(shí)驗(yàn)環(huán) 境溫度 25176。 第四， EC 橢圓偏振光檢測(cè)技術(shù)可對(duì)工作電極 /潤(rùn)滑液界面處潤(rùn)滑膜厚度隨工作電極電位的變化進(jìn)行表征，為建立工作電極電位變化和潤(rùn)滑膜厚度變化之間的數(shù)學(xué)關(guān)系提供實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)。其實(shí)，在微觀(guān)尺度摩擦體系下，電 位改變引起的雙電層斥力改變不能忽略，從而導(dǎo)致有效法向力變化，摩擦力相應(yīng)地發(fā)生變化。而在金屬/金屬副微觀(guān)尺度摩擦體系下，摩擦界面存在雙電層斥力，電控摩擦通過(guò)改變潤(rùn)滑膜的狀態(tài)以及有效法向力來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ? ? 采用獨(dú)立導(dǎo)電介質(zhì)進(jìn)行電控 摩擦實(shí)驗(yàn) 。 ? 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究成果進(jìn)行總結(jié)，發(fā)表相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，并申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利 。 工作難點(diǎn)：難點(diǎn)之一是基于非水溶液潤(rùn)滑的電控摩擦機(jī)理研究，難點(diǎn)之二是基于微觀(guān)尺度摩文獻(xiàn)綜述與選題報(bào)告 姓名： 陽(yáng)小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 19 擦體系的電控摩擦實(shí)驗(yàn)研究。n, H. Ritacco, et al. Adsorption kiics and mechanical properties of ultrathin polyelectrolyte multilayers: Liquidsupported versus solidsupported films[J]. J. Phys. Chem. B, 20xx, 113(20): 7128 7137. [44] D. Praveen, S. V. Bhat, R. Damle. Enhanced ionic conductivity in nanoposite solid polymer electrolyte: (PEG)x LiBr: y(SiO2)[J]. Ionics, 20xx, 17(1): 21 27. [45] P. K. Singh, B. Bhattacharya, et al. Plasticizer doped ionic liquid incorporated solid polymer electrolytes for photovoltaic application[J]. Current Appl. Phys., 20xx, 11(3): 616 619. [46] J. Hassoun, F. Croce, et al. Investigation of the O2 electrochemistry in a polymer electrolyte solidstate cell[J]. Angew. Chem., 20xx, 123(13): 3055 3058. [47] P. Wang, Y. Liu, et al. Micromachined dissolved oxygen sensor based on solid polymer electrolyte[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 20xx, 153(1): 145 151. [48] Y. T. Chen, Y. C. Chuang, et al. High discharge capacity solid posite polymer electrolyte lithium battery[J]. J. Power Sources, 20xx, 196(5): 2802 2809. [49] H. Motschmann, M. Stamm, C. Toprakcioglu. Adsorption kiics of block copolymers from a good solvent: A twostage process[J]. Macromolecules, 1991, 24(12): 3681 3688. [50] R. Teppner, K. Haage, et al. On the internal structure of an adsorption layer of an ionic soluble surfactant. The buildup of a stern layer monitored by optical means[J]. J. Phys. Chem. B, 20xx, 104(48): 11489 11496. [51] R. Teppner, H. Motschmann. Change the anchor density of a swollen polymer brush at the interface of two immiscible liquids[J]. Macromolecules, 1998, 31(21): 7467 7471. [52] J. Penfold, I. Tucker, et al. Surfactant adsorption onto cellulose surfaces[J]. Langmuir, 20xx, 23(16): 8357 8364. [53] D. F. Siqueira, J. Reiter, e