(PTFE)、 聚合物、氧化物为代表的固体润滑材料获得了广泛的使用。[1]

1.1 自润滑及复合镀层摩擦性能概述

摩擦：摩擦消耗了世界上一次性能源的 30%-40%，而磨损则是材料和机械设备失 效的一种主要形式。润滑是降低摩擦，减少摩擦的有效方式之一。

摩擦学失效主要包括磨损损伤以及润滑失效。为了避免摩擦学失效，一个行之有 效的方法就是发展高性能润滑材料。

自润滑：自润滑的润滑机理可见于下图：[2] 当强度相差较大的两个摩擦副发生相对运动时，较硬的一方会向较软的一方中压

入。在这个时候，由于接触面积增大，即摩擦增加，即如图 a 所示情况。图 b 中两方 强度相差不大，所以两者都要克服塑性变形，这一过程也使得摩擦力增加。这时候， 如果两个硬金属中有一层剪切强度比较小的薄膜时，则可在不增加接触面积的情况 下，降低剪切强度，使得摩擦力大大地减小。并且，这时候的塑性变形也基本发生在 薄膜内部。金属基自润滑复合材料的就利用了这一机理润滑，其含有的固体润滑剂能 在摩擦副之间形成低剪切强度的润滑膜，从而降低摩擦和相应的磨损。对于金属基自 润滑复合材料，存在一个比较严重的问题，即复合物基体之间的结合强度较低，另外，

材料的寿命以及使用范围也有限。

图 1.1 自润滑机理示图

1.2 石墨烯概述

1.2.1 石墨烯的性质及石墨烯复合材料

石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料，单层石墨烯是杂化的碳原子紧 密堆积的二维蜂窝状晶体，是最薄的已知的材料。具有大的比表面积，低的表面能。 理论单层石墨烯的表面积约 2600m2/g，在一定条件下可用来储氢和二氧化碳。还有高 导热性和高机械强度；室温下的量子霍尔效应、双极性电场效应，高流动性，高的光 学透明度以及表面疏水性。石墨烯基复合材料：由于石墨烯表面含有丰富的羟基．为 制备金属氧化物和复合材料提供了理论基础。

将石墨烯和其他组分（如金属化合物，聚合物等）结合制成各种复合材料，可以 提高复合材料的力学、电学以及热力学性能。理想的电极材料[3]被广泛应用于催化、 高强度材料、能源转换和储存等各个领域[4]比如说，炭黑与石墨烯复合材料可以作为 超级电容器[5]。

此处主要研究的是石墨烯与金属形成复合自润滑镀层，降低滑动界面的刮擦，减 少摩擦磨损。

1.2.2 石墨烯的制备

近年来，石墨烯的制备方法有了很大的进步，其中包括氧化石墨还原法是一种制 备石墨烯的最常用的方法，而氧化石墨还原法又有 Brodie 法[6] Standenmaier 法[7]以 及 Hummers 法[8]。氧化石墨还原法主要原理是在强氧化剂作用下扩大石墨层的间距， 形成片层或边缘带有羰基、羟基、羧基基团的氧化石墨，经在水溶液或有机溶剂中超 声处理后形成分散的较稳定的单层氧化石墨烯，再利用还原剂还原氧化基团制得水相 中稳定的石墨烯。[9]

杨永辉用氧化石墨还原法（改进的 Hummers 法），生产的石墨烯能在的水分条件 下形成稳定存在的分散体系，并得出以下结论： 在还原过程中体系水合肼用量和反 应时间对石墨烯还原效果影响较大．可以通过控制反应条件来控制石墨烯的还原程 度。通过改变 ph 值可以使得石墨烯稳定存在在水溶液中。[10]