1、纳米材料的结构与特性

　　
        同宏观上三维方向都具备足够大尺寸的常规材料相比，纳米材料是一种低维材料，即在一维、二维甚至三维方向上尺寸为纳米级(0.1～100nm)。纳米材料按空间维数分为以下四种：

　　(1)零维的原子簇和原子簇的集合，即纳米粒子；

　　(2)一维的多层薄膜,即纳米膜；

　　(3)二维的超细颗粒覆盖膜；

　　(4)三维的纳米块体材料。

　　由于纳米材料的表面原子数与总原子数之比随材料尺寸的急剧变小而急剧增大，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同，表面原子周围缺少相邻原子，因而具有许多悬空键，具备不饱和性质，表面积、表面能和表面结合能都迅速增大，产生了所谓的“表面效应”。当纳米材料尺寸同传导电子的直布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏,材料的磁性、内压、光吸收、热阻等性质比起普通体相材料都发生了很大变化，这称为纳米材料的“体积效应”。随着纳米材料的尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级变为分立能级的现象称为“量子尺寸效应”。

　　纳米材料上述独特的结构特性导致纳米材料产生了诸如高扩散性、易烧结性、熔点降低、硬度增大、催化反应活性增大等一系列特性，使得它在精细陶瓷、催化剂、电子元件、磁光元件等方面得到广泛应用。

　　
2、纳米材料润滑作用机理

　　
        纳米粒子作为润滑材料有明显的作用，但其作用机理还没有真正研究清楚，目前对其作用机理有多种推测。一种理论认为，纳米粒子尺寸较小，近似球型，在摩擦副间可以像鹅卵石一样自由滚动，类似微轴承作用，减少了摩擦阻力，降低了摩擦系数，减少了磨损，这种“滚珠轴承”的摩擦原理目前还缺乏进一步的实验支持。另外一种理论是薄膜理论，认为在摩擦过程中纳米粒子在摩擦副上形成一层纳米薄膜，纳米薄膜的功能不同于一般的薄膜，它的韧性、抗弯强度均大大优于一般薄。这层膜减小了摩擦，提高了承载能力从而减轻了磨损。另外，“第三体”抗磨机理认为，纳米粒子添加剂对摩擦副凹凸表面的填充作用以及表面的摩擦化学反应形成了稳定的“第三体”，具备优越的抗磨效果。

　　有些研究者认为，纳米微粒添加剂的作用机理不同于传统添加剂，与其本身所具有的纳米效应有关。在摩擦过程中，因摩擦表面局部温度高，纳米微粒尤其像N2TiO2这类微粒极有可能处于溶化、半溶化或烧结状态，从而形成一层纳米膜，纳米膜不同于一般的薄膜，它的韧性、抗弯强度均大大优于一般薄膜。另外，纳米微粒具有极高的扩散力和自扩散能力(比体相材料高十几个数量级)，容易在金属表面形成具有极佳抗磨性能的渗透层或扩散层，表现出“原位摩擦化学原理”。这种机理认为，纳米添加剂的润滑作用不再取决于添加剂中的元素是否对基体是化学活性的，而很大程度上取决于它们是否与基体组分形成扩散层或渗透层和固溶体。

　　上述分析阐明，纳米添加剂(尤其在高负荷条件下)的润滑作用不再取决于添加剂中的元素是否对基体是化学活性的，而很大程度上决定于它们是否与基体组分能形成扩散层或渗透层和固溶体，这可解决在添加剂设计上长期依赖S、P、Cl等活性元素的状况，为解决S、P、Cl带来的环境问题展示了美好的应用前景。

　　
3、问题与展望

　　
        目前的研究工作表明纳米粒子作为润滑油添加剂能明显改善润滑油的摩擦学特性，与基础油相比具有明显的抗磨减摩性能。纳米粒子综合了流体动压润滑和固体润滑添加剂的优点，但又不同于传统的固体润滑添加剂，适合在重载、高温、低速的条件下工作。但是目前的研究工作仅仅只是一个开端，还有许多的问题需要研究解决。

　　首先，为了进一步弄清纳米粒子的润滑本质，目前的润滑机制理论还需要进一步的改进和完善。其次，还需要开发出经济简单的纳米粒子的制备方法。第三，还需要建立与纳米摩擦学相匹配的监测评价装置。最后，纳米粒子在润滑介质中的分散稳定性是一个迫切需要解决的问题，这不但需要改进目前的合成方法以改善其油溶性，还需要合成有效的分散剂和稳定剂。

　　对不同粒子的配伍问题研究的还较少，尤其是纳米金属颗粒对油品氧化安定性影响的研究。对抗磨减摩的机理研究不成熟，今后还要在以下方面进一步开展工作：

　　(1)结构型纳米颗粒材料表现出了很好的摩擦学性能，其表现也较为稳定。应重点跟踪开展类似研究并考虑纳米效应下的机理研究，尤其是研究此种颗粒沉淀到摩擦表面上的机制。

　　(2)研究纳米颗粒与其它添加剂的配伍情况即纳米颗粒与油品兼容性的研究，尤其是纳米金属颗粒对油品氧化安定性影响的研究。

　　(3)随着纳米摩擦学的发展,如何在考虑纳米概念的条件下评价摩擦学性能，发展和研制相应的测试仪器和测试手段，制定相应的评价标准都是今后应该考虑的重点。

　　(4)应该重点加强特殊环境，如高温、重载、修复、环境友好等条件下纳米润滑添加剂的润滑性能研究。

　　(5)加强表面修饰纳米微粒的制备和表征技术；综上所述，纳米材料在润滑领域有着广阔的前景。大量研究表明，纳米添加剂不仅可以起到抗磨减摩作用，还可以延长器械的使用寿命，减少污染，节约能源，使免维修成为可能。

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