蘭州化物所氟化石墨烯制備及摩擦學(xué)性能研究取得系列成果

　　作為石墨烯的新型衍生物，氟化石墨烯（Fluorinated graphene, FG）既保持了石墨烯的高強(qiáng)度和耐高溫性能，又因氟原子的引入賦予了其表面能降低、疏水性強(qiáng)等新穎的物理化學(xué)性能，從而使其在新型微納電子器件、生物醫(yī)藥和潤(rùn)滑材料等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

　　在中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”、甘肅省“杰出青年基金”和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51375474）等課題的持續(xù)資助下，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王金清課題組長(zhǎng)期致力于FG的制備、修飾組裝及摩擦學(xué)性能研究，取得了系列研究成果。

　　該課題組以氟化石墨作為碳源，先后發(fā)展了通過液相超聲剝離來制備氟化石墨烯和利用混合堿（NaOH與KOH）來處理、改性氟化石墨烯的方法，相關(guān)工作發(fā)表在RSC Adv.（2012, 2, 11681-11686）、J. Mater. Chem.（2012, 22, 16950-16956）和Nanoscale（2014, 6, 3316-3324）上。同時(shí)，以氧化石墨烯作為碳源，分別通過光催化氟化和水熱氟化以及熱解氟化石墨對(duì)其進(jìn)行氟化來制備氧和氟共摻雜氟化石墨烯的方法，獲得的氟化石墨烯具有良好的水溶性和穩(wěn)定性，部分成果發(fā)表在RSC Adv.（2013, 3, 6327-6330）和Carbon（2012，50, 5403-5410; 2014, 72, 176-184）上。另外，針對(duì)氟化石墨烯量子點(diǎn)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景但制備非常困難的問題，提出了以犧牲部分氟原子來提高氟化石墨烯反應(yīng)活性的制備思路，通過設(shè)計(jì)親核取代反應(yīng)并結(jié)合后續(xù)的混合酸超聲和水熱處理等過程，成功實(shí)現(xiàn)了將微米級(jí)大片層的氟化石墨烯切割成尺寸在3至5nm的氟化石墨烯量子點(diǎn)。部分工作發(fā)表在Carbon（2015, 83, 152-161）和Mater. Lett.（2015, 143, 112-115）上。

　　對(duì)FG的摩擦學(xué)性能進(jìn)行研究后證實(shí)：FG即可作為潤(rùn)滑油添加劑來增強(qiáng)基礎(chǔ)油的減摩抗磨性能RSC Adv.（2014,4,56543-56551），也可作為構(gòu)筑單元進(jìn)行潤(rùn)滑薄膜的組裝Tribol. Lett.（2015, 60, 1-12），并且發(fā)現(xiàn)F含量越高的樣品其減摩抗磨性能也越好。同時(shí)，將FG納米片作為聚合物填料也可用來增強(qiáng)聚酰亞胺的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和摩擦學(xué)性能，相關(guān)工作發(fā)表在Composites: Part A（2015, 75, 96-103；2016, 81, 282-288）。另外，利用尿素對(duì)FG進(jìn)行修飾改性得到了可分散于水中的UFG；作為新型水基添加劑，UFG在水中也表現(xiàn)出了一定的減摩抗磨性能，相關(guān)工作發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.5b10579）。