【正文】 境溫度為 25176。C，實驗中溶液體系的濃度及組分純度如下： wt%油酸鈉的 PC 溶液，油酸鈉為化學(xué)純， PC純度為 99%； 9 vt% PEG400的乙醇溶液， PEG400 為化學(xué)純，乙醇純度為%。實驗結(jié)果見圖 1圖 12，圖 11 為油酸鈉的 PC溶液中吸附膜隨工作電極電位的吸脫附動力學(xué)過程，圖 12 為 PEG400 的乙醇溶液中吸附膜隨工作電極電位的吸脫附動力學(xué)過程。 圖 1圖 12 中油酸鈉的 PC 溶液、 PEG400 的乙醇溶液隨工作電極電位的吸脫附動力學(xué)過程分別與圖 圖 4 中油酸鈉的 PC 溶液、 PEG400 的乙醇溶 液的電控摩擦實驗結(jié)果一致，說明吸附膜隨工作電極電位的吸脫附行為在電控摩擦中發(fā)揮了作用。工作電極 /溶液界面起潤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)致其潤滑特性的改變。通過 ECQCM對吸附膜質(zhì)量變化的定量檢測，可確定工作電極電位與吸附膜質(zhì)量變化之間的定量關(guān)系，有助于對電控摩擦機理的深入研究，以及對電控摩擦規(guī)律的定量描述。 圖 11 油酸鈉的 PC溶液中吸附膜隨工作電極電位的吸脫附動力學(xué)過程 文獻綜述與選題報告 姓名： 陽小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 15 圖 12 PEG400 的乙醇溶液中吸附膜隨工作電極電位的吸脫附動力學(xué)過程 第二，針對 SDBS 的 PC 溶液進行了 EIS 實驗，測量不同工作電極電位下不銹鋼工作電極 /溶液界面的界面電容。另外，以 SDBS的 PC溶液為潤滑液兼導(dǎo)電介質(zhì)，在球盤摩擦實驗機上進行電控摩擦實驗。 EIS 實驗條件為： DC 電位掃描范圍－ 1V 至＋ 1V，掃描間隔 ；交流擾動信號幅值 10mV，頻率 10Hz。電控摩擦實驗條件為： wt% SDBS 的 PC 溶液作潤滑液， ZrO2球 /不銹鋼盤副，石墨對電極；實驗環(huán)境溫度 25176。C，法向載荷 L = 10 N，相對轉(zhuǎn)速 n = 10 rpm；DC 電位掃描范圍－ 1V至＋ 1V，掃描間隔 ，掃描速 度 。 界面電容的測試結(jié)果見圖 1圖 14，圖 15 是電控摩擦實驗結(jié)果。圖 13 的實驗結(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，且這種趨勢對純 PC、 SDBS 的 PC 溶液都是一樣的。圖 14 中界面電容倒數(shù)的變化趨勢和圖 15 中摩擦系數(shù)的變化趨勢是一致的，并且對于界面電容倒數(shù)曲線和摩擦系數(shù)曲線，在正掃描和反掃描之間均存在遲滯。 文獻綜述與選題報告 姓名： 陽小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 16 圖 13 純 PC、 SDBS 的 PC溶液中的界面電容倒數(shù)隨工作電極電 位的變化曲線（正掃描） 圖 14 wt% SDBS 的 PC溶液中界面電容倒數(shù)隨工作電極電位的變化曲線（正、反掃描） 文獻綜述與選題報告 姓名： 陽小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 17 圖 15 wt% SDBS 的 PC溶液中摩擦系數(shù)隨工作電極電位的變化曲線（正、反掃描） 第三，在電控摩擦實驗中創(chuàng)造性地集成電流積分技術(shù)，綜合考察電控摩擦中工作電極電位變化、工作電極表面電荷變化、摩擦系數(shù)三者之間的關(guān)系。實驗以 1 mM SDS的水溶液為潤滑液兼導(dǎo)電介質(zhì)，實驗平臺為球盤摩擦實驗機。電控摩擦實驗的其他條件為： ZrO2 球 /不銹鋼盤副，石墨對電極；實驗環(huán) 境溫度 25176。C，法向載荷 L = 10 N，相對轉(zhuǎn)速 n = 10 rpm。 圖 16 SDS 的水溶液中的電控摩擦實驗結(jié)果 文獻綜述與選題報告 姓名： 陽小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 18 在該實驗中激勵信號為工作電極電位階梯信號，其電控摩擦實驗結(jié)果如圖 16 所示。圖 16的結(jié)果表明，對工作電極電位的階躍，工作電極表面電荷表現(xiàn)出比較可觀的響應(yīng)，進而引起摩擦系數(shù)的變化，從而證明工作電極表面電荷的變化是電控摩擦的直接原因。 第四， EC 橢圓偏振光檢測技術(shù)可對工作電極 /潤滑液界面處潤滑膜厚度隨工作電極電位的變化進行表征，為建立工作電極電位變化和潤滑膜厚度變化之間的數(shù)學(xué)關(guān)系提供實驗 數(shù)據(jù)。應(yīng)用橢圓偏振光技術(shù)的研究成果很多 [4143, 4957]，若將橢圓偏振光檢測技術(shù)與電化學(xué)恒電位技術(shù)結(jié)合，則有望實現(xiàn)在不同工作電極電位下對相應(yīng)的吸附膜厚度的檢測。 以上結(jié)合具體實驗和分析，初步證明了在電控摩擦機理研究中綜合應(yīng)用 ECQCM技術(shù)、電化學(xué)交流阻抗譜（ EIS）技術(shù)、電流積分技術(shù)和 EC 橢圓偏振光技術(shù)是完全可行的。 基于微觀尺度摩擦體系的電控摩擦研究 文獻 [16, 17]對微觀尺度摩擦體系的電控摩擦現(xiàn)象作了初步的實驗及理論分析，并將摩擦力的變化歸結(jié)為摩擦系數(shù)的變化。其實，在微觀尺度摩擦體系下，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。由此可見，在微觀尺度摩擦體系下，通過改變潤滑膜的狀態(tài)即摩擦系數(shù)或改變有效法向力均可實現(xiàn)電控摩擦效果。在本課題研究中，將采用金屬 /陶瓷副、金屬 /金屬副兩類不同的微觀尺度摩擦體系。在金屬 /陶瓷副微觀尺度摩擦體系下，摩擦界面不存在雙電層斥力，電控摩擦只能通過改變潤滑膜的狀態(tài)來實現(xiàn)。而在金屬/金屬副微觀尺度摩擦體系下，摩擦界面存在雙電層斥力，電控摩擦通過改變潤滑膜的狀態(tài)以及有效法向力來實現(xiàn)。針對這兩類微觀尺度摩擦體系的電控摩擦進行比較 研究，有助于全面理解電控摩擦的機理。參考以往相關(guān)的文獻，并利用現(xiàn)有的條件，將法向載荷控制在與雙電層斥力相當(dāng)?shù)募墑e，則基于微觀尺度摩擦體系的電控摩擦研究是可行的。 工作計劃 ? ? 對電控摩擦研究進行相關(guān)的文獻調(diào)研，選擇課題，并完成初步的實驗論證 。 ? ? 采用獨立導(dǎo)電介質(zhì)進行電控 摩擦實驗 。 ? 構(gòu)建電化學(xué)橢圓偏振 光 檢測系統(tǒng) 。 ? 研究基于微觀尺度摩擦 體系 的電控摩擦 。 ? ? 結(jié)合電流積分技術(shù)、阻抗譜技術(shù)、橢圓偏振 光 技術(shù)、 ECQCM技術(shù)等檢測手段研究并澄清 電化學(xué)穩(wěn)定窗口內(nèi)基于非水溶液潤滑的電控摩擦機理 。 ? 對實驗結(jié)果和研究成果進行總結(jié)，發(fā)表相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，并申請發(fā)明專利 。 ? ? 完成博士論文的撰寫工作 。 ? ? 論文送審，并準(zhǔn)備答辯 。 4 課題特色與預(yù)期成果 課題特色：課題嘗試將電控摩擦研究從水溶液潤滑向非水溶液潤滑擴展，在電化學(xué)穩(wěn)定窗口內(nèi)實現(xiàn)基于非水溶液潤滑的電控摩擦；在電控摩擦研究中嘗試采用獨立的導(dǎo)電介質(zhì)，有望提高電控摩擦效果，并擴充適合于電控摩擦的潤滑介質(zhì)種類；嘗試結(jié)合多種檢測技術(shù)研究電控摩擦機理，有望建立描述電 控摩擦規(guī)律的定量模型。 工作難點：難點之一是基于非水溶液潤滑的電控摩擦機理研究，難點之二是基于微觀尺度摩文獻綜述與選題報告 姓名： 陽小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 19 擦體系的電控摩擦實驗研究。 可能的創(chuàng)新點：實現(xiàn)基于非水溶液潤滑的電控摩擦，在電化學(xué)穩(wěn)定窗口內(nèi)澄清其電控摩擦機理；實現(xiàn)基于獨立導(dǎo)電介質(zhì)的電控摩擦，提高基于非水溶液潤滑的電控摩擦效果，并使適合于電控摩擦的潤滑介質(zhì)種類得到擴充；實現(xiàn)基于微觀尺度摩擦體系的電控摩擦，并全面理解電控摩擦機理。 預(yù)期成果如下 ： ? 發(fā)表學(xué)術(shù)論文 2 篇（ SCI， IF1） ? 申請發(fā)明專利 1 項 ? 學(xué)術(shù)會議 ? 十二烷基苯磺酸鈉、葡萄糖的 PC 溶液中的電控 摩擦 . 全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會議 , 北京 , 20xx. ? Influence factors and mechanism of potentialcontrolled friction in propylene carbonate solutions. 6th China International Symposium on Tribology, Lanzhou. (Abstract accepted.) ? Potentialcontrolled friction of ZrO2/stainless steel contacts in ethanol solutions. International tribology conference, Hiroshima, 20xx. (Abstract accepted.) 參考文獻 [1] H. J. Jiang, Y. G. Meng, et al. Effects of external electric fields on friction behaviors of three kinds of ceramic/metal rubbing couples[J]. Tribol. Int., 1999, 32(3): 161 166. [2] 蔣洪軍 . 陶瓷 /金屬摩擦副電控摩擦行為的實驗研究 [D]. 北京：清華大學(xué)精密儀器與機械學(xué)系， 20xx. [3] Q. Y. Chang, Y. G. Meng, S. Z. Wen. Influence of interfacial potential on the tribological behavior of brass/silicon dioxide rubbing couple[J]. Appl. Surf. Sci., 20xx, 202(12): 120 125. [4] 常秋英 . 水溶液中金屬 /陶瓷摩擦副電控摩擦效應(yīng)的機理研究 [D]. 北京：清華大學(xué)精密儀器與機械學(xué)系， 20xx. [5] Y. G. Meng, B. Hu, Q. Y. Chang. Control of local friction of metal/ceramic couples in aqueous solutions with an electrochemical method[J]. Wear, 20xx, 260(3): 305 309. [6] 胡波 . 電控摩 擦現(xiàn)象的電化學(xué)機理和實驗研究 [D]. 北京：清華大學(xué)精密儀器與機械學(xué)系，20xx. [7] 賀四清 , 孟永鋼 , 田煜 . 不同載荷和速度下氧化鋯 /不銹鋼摩擦副電控摩擦行為的實驗研究[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報 , 20xx, 29(6): 546 550. [8] 賀四清 . 離子型表面活性劑水溶液中的電控摩擦機理及響應(yīng)研究 [D]. 北京：清華大學(xué)精密儀器與機械學(xué)系， 20xx. [9] 翟文杰 , 田穎 , 王闖 . 硬脂酸鋁液潤滑下的 GCr15/45 副的電摩擦性能 [J]. 潤滑與密封 , 20xx, 3: 23 25. [10] 田穎 , 翟文杰 . 一種水基 切削液的電控摩擦性能 [J]. 機械工程師 , 20xx, 12. [11] N. P. Brandon, N. Bonanos, et al. The effect of interfacial potential on friction in a model aqueous lubricant[J]. J. Electrochem. Soc., 1992, 139(12): 3489 3492. [12] N. P. Brandon, N. Bonanos, et al. Influence of potential on the friction and wear of mild steel in a model aqueous lubricant[J]. J. Appl. Electrochem., 1993, 23(5): 456 462. [13] N. P. Brandon, R. J. K. Wood. The influence of interfacial potential on friction and wear in an aqueous drilling mud[J]. Wear, 1993, 170(1): 33 38. [14] G. H. Kelsall, Y. Y. Zhu, et al. Electrochemical effects on friction between metal oxide surfaces in 文獻綜述與選題報告 姓名： 陽小勇 導(dǎo)師：孟永鋼 20 aqueous solutions[J]. J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1993, 89(2): 267 272. [15] Y. Y. Zhu, G. H. Kelsall, et al. The influence of electrochemical potentials on the friction and wear of iron and iron oxides in aqueous systems[J].