一种聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测方法，使用分子转子型荧光探针对不同润滑剂混合前后聚合物涂层进行染色，并对接触区微粘度进行定量测试，并以此作为依据从微粘度角度对润滑剂混合瞬间界面响应机理进行揭示，建立微粘度与摩擦系数突变之间的关系；针对现有的力学粘度测量方法很难应用于聚合物涂层摩擦接触区粘度测量这一难点，本方法通过引入分子转子型荧光探针，使用荧光寿命作为微粘度衡量指标，结合实验测得的荧光寿命

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测方法


[0001]本专利技术涉及分子转子型荧光探针应用以及摩擦学实验设计领域，具体涉及一种聚合物涂层改性摩擦界面接触区微粘度的检测方法。

技术介绍

[0002]随着智能技术的发展，对于可响应表面的需求随之增加，摩擦的调控变得极具吸引力与挑战性，其中可调控摩擦可以实现对摩擦界面相对运动的主动控制，生产制造过程中根据不同工况对摩擦系数进行智能调控，进而减少智能生产中不必要的摩擦损耗。
[0003]通过聚合物涂层自组装的方式对金属基体进行改性可以很好的降低摩擦系数，并且摩擦系数可根据不同润滑剂的混合瞬间变化，但由于润滑过程中的影响因素复杂，在摩擦系数发生变化时接触区界面行为仍不清晰，因此为更好的指导界面摩擦系数的智能调控，深入研究摩擦系数变化时摩擦界面的行为变化变得尤为重要。
[0004]在影响润滑的众多因素中，粘度被认为是评估流体润滑的最佳单一参数之一，其中微粘度是分子扩散的阻力所形成的粘度，与宏观粘度相比响应更加迅速，因此从微粘度的角度对聚合物润滑体系摩擦系数突变机理进行解释便尤为重要。而国内外对于聚合物涂层摩擦接触区的微粘度研究较少，并且缺乏具体可行的方法对聚合物涂层摩擦界面接触区微粘度进行检测。
[0005]因此，需要提供一种技术方案来克服现有技术的不足。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种聚合物涂层接触区微粘度检测实验设计方法。
[0007]现有的力学粘度测量方法很难应用于聚合物涂层摩擦接触区，本专利技术利用分子转子型荧光探针在低粘度溶液中主要通过旋转基自由旋转的方式将激发态能量消耗因而荧光强度减小，当环境粘度增大时，旋转运动被限制，荧光探针探针通过辐射跃迁的方式将激发态能量耗散，从而发出荧光信号这一特性从而实现对于聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供分子转子型荧光探针在摩擦润滑领域的应用。
[0009]根据本专利技术的实施例，一种聚合物涂层接触区微粘度检测实验设计方法包括：
[0010]S1：制备分子转子型荧光探针母液；
[0011]S2：制备不同百分比的甘油/甲醇溶液，并对不同粘度梯度的溶剂的粘度以及荧光寿命进行检测，拟合数据获得荧光寿命与粘度的荧光寿命关联规律；
[0012]S3：使用不同润滑剂溶液对荧光探针母液进行稀释；
[0013]S4：将S4中制备好的荧光探针溶液滴加在由聚乙烯基膦酸等聚合物分子链在金属基底形成的聚合物涂层表面并进行染色；
[0014]S5：检测在滴加不同润滑剂后聚合物涂层接触区荧光寿命；
[0015]S6：结合粘度
‑
荧光寿命关系曲线获得不同润滑剂作用下的聚合物涂层接触区微粘度。
[0016]进一步地，分子转子型荧光探针在低粘度溶液中通过旋转基自由旋转的方式将激发态能量消耗因而荧光强度减小，当环境粘度增大时，旋转运动被限制，荧光探针探针通过辐射跃迁的方式将激发态能量耗散，从而荧光强度增强。
[0017]进一步地，聚合物涂层是由聚乙烯基膦酸分子或其他聚合物分子交联自组装形成的。
[0018]进一步地，聚合物涂层染色使用润滑剂溶液将荧光探针母液稀释至1μM。
[0019]进一步地，聚合物涂层接触区微粘度检测中，荧光寿命检测过程中聚合物涂层表面始终保持湿润。
[0020]进一步地，微粘度定量测试中，制备多组不同粘度的甘油/甲醇溶液，测试其粘度及相对应的荧光寿命，拟合获得粘度
‑
荧光寿命定标曲线，获得聚合物涂层接触区荧光寿命后对平均荧光寿命进行计算，并结合粘度
‑
荧光寿命定标函数获得聚合物涂层微粘度。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下突出优点：
[0022]本专利技术可以应用于聚合物涂层改性的摩擦学实验设计中，在已有的检测方法难以对聚合物涂层摩擦接触区粘度进行检测的情况下，该方法从响应更加快速、更加体现微观本质的微粘度角度入手，对摩擦接触区粘度进行检测，为不同润滑剂作用下摩擦界面微观机理揭示提供理论依据。此外，与宏观检测方法相比基于探针的荧光成像技术具有灵敏度高、实现简单、实时无创等优点。并且本方法选用荧光寿命作为粘度检测指标，与荧光强度相比该指标是一个不受探针浓度、探针分布和激光发射强度因素影响的光物理参数，因此该方法可以为聚合物涂层摩擦接触区的粘度定量提供准确可靠的信息。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实验设计方法的流程图。
[0024]图2是实施例中荧光探针BODIPY
‑
C12在不同体积比例的甘油/甲醇溶液中的荧光寿命衰减图。
[0025]图3为实施例中荧光寿命与粘度的校准曲线。
[0026]图4为聚合物涂层接触区微粘度检测示意图。
[0027]图5为实施例中荧光探针BODIPY
‑
C12在不同盐溶液作聚合物涂层润滑剂荧光寿命曲线图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和实例对本专利技术的具体实施作进一步说明。
[0029]如图1所示，本专利技术的聚合物涂层接触区微粘度检测实验设计方法包括：以向NaCl基础润滑剂中引入CsCl溶液后摩擦系数突增而引入CaCl2溶液瞬间摩擦系数发生突降这一现象为例，通过对单一NaCl润滑剂以及引入其他盐溶液后的接触区微粘度进行检测，从微粘度的角度解释摩擦系数突变机理。
[0030]步骤一，取BODIPY
‑
C12分子转子型荧光探针溶于二甲基亚砜(DMSO)中，配置成探针浓度为1mM的探针母液。
[0031]步骤二，配置几种甘油浓度为0
‑
100％(vol/vol)的甘油/甲醇溶液，并用不同浓度的甘油/甲醇溶液将BODIPY
‑
C12荧光探针稀释至1μM，使用流变仪测试这几组测试体系在室温下的粘度分别为2.2cp、9.8cp、50.5cp、138.1cp、291.7cp、835.7cp、1544.8cp并以450nm作为激发波长，510nm作为发射波长，使用稳态/瞬态荧光光谱仪FLS
‑
1000对荧光寿命进行检测，获得BODIPY
‑
C12荧光探针随粘度的变化荧光强度衰减图谱如图2所示，由图示可以看出，随粘度的增大所检测得到的荧光寿命也随之延长。
[0032]步骤三，使用修正的
‑
Hoffman公式将荧光寿命与微粘度进行关联。
[0033][0034]所得BODIPY
‑
C12荧光探针粘度与荧光寿命的定标曲线如图3所示，荧光寿命与粘度之间的对数函数为logτ
f
＝
‑
0.58+0.373logη。
[0035]步骤四，配置荧光探针溶液，分别制备NaCl以及NaCl与CsCl、CaCl2的混合溶液，其中混合溶液各溶质的浓度均为0.5M并用混合溶液将BODIPY
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测方法，其特征在于，使用分子转子型荧光探针对不同润滑剂混合前后聚合物涂层进行染色，并对接触区微粘度进行定量测试，并以此作为依据从微粘度角度对润滑剂混合瞬间界面响应机理进行揭示，建立微粘度与摩擦系数突变之间的关系。2.根据权利要求1所述的聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测方法，其特征在于，分子转子型荧光探针在低粘度溶液中通过旋转基自由旋转的方式将激发态能量消耗因而荧光强度减小，当环境粘度增大时，旋转运动被限制，荧光探针探针通过辐射跃迁的方式将激发态能量耗散，从而荧光强度增强。3.根据权利要求1所述的聚合物涂层摩擦接触区微粘度检测方法，其特征在于，聚合物涂层是由聚乙烯基膦酸分子或其他聚合物分子交联自组装形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，王立辉，刘志峰，梁伟浩，初红艳，程艳红，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：