周涴盈、陳思涵、陳立翰 、孫文檠 / 工研院材化所
隨著全球對氣候變化的關注日益增加，各國紛紛推動嚴格的環保法規，以降低碳排放。在這個背景下，潤滑油的角色變得尤為重要。潤滑油不僅有助於減少機械部件之間的摩擦和磨損，還具有防腐和散熱功能。然而，傳統潤滑油在極端操作條件下逐漸顯露出劣勢，因此，高效能潤滑劑的研發成為一個迫切的需求。奈米技術的進展使固體潤滑劑的奈米化成為可能，顯著提升了潤滑效果，尤其奈米鑽石作為新型固體潤滑劑，展現了良好的潛力。奈米鑽石以其高硬度和優越的耐磨性能，展示出成為新型固體潤滑劑的潛力。工研院利用電漿表面接枝技術改善奈米鑽石的分散性，這一新技術相較傳統方法具備更好的均勻性及環保性。
【內文精選】
潤滑油磨潤機制
磨潤學(Tribology)為一研究探討摩擦、潤滑和磨損之間相互作用的科學，在機械工程、汽車、製造及材料科學領域應用極為廣泛，探討如何透過有效的潤滑來減少摩擦力。由斯特里貝克曲線(Stribeck Curve)定義了三種潤滑機制(圖三(a))，分別為：邊界潤滑(Boundary Lubrication)、混合潤滑(Mixed Lubrication)與流體動力潤滑(Hydrodynamic Lubrication)；由圖三(b)得知，潤滑型態與潤滑油膜厚度息息相關，膜的厚度決定了是否能有效地將兩個相對運動的表面隔離，從而減少摩擦和磨損。
圖三、斯特里貝克曲線所對應不同潤滑型態
在邊界潤滑模式中，固體潤滑劑的運作原理涉及其獨特的物理化學特性，以及與接觸表面之間的相互作用。在此潤滑模式下，由於潤滑膜未能完全隔離潤滑界面，導致摩擦表面之間仍存在直接接觸和相對滑動。因此，固體潤滑劑的填充作用顯得尤為重要，其在接觸表面之間形成一層保護膜，進而有效減少摩擦和磨損。
工研院奈米鑽石表面電漿接枝技術與油品分散性現況
在解決分散性的課題上，工研院採用電漿表面接枝聚合(Graft Polymerization)技術以取代過去常見的化學濕式處理(圖八)。電漿聚合處理是一種獨特的表面改性技術，透過電漿的作用，使奈米鑽石表面產生自由基活化點，再導入Acrylic Acid以氣相型式與粉體進行反應。其中Acrylic Acid在惰性氣體Ar氣氛下進行電漿處理，表面的C-C和C-H鍵結會被打斷，產生不穩定的自由基，隨後進行交聯聚合反應形成穩定結構。利用FTIR進行判斷聚合後的碳鏈長度，在1,650~1,800 cm-1波數範圍內，R-COOH的振動隨著碳鏈長度的增加而向低波數移動。與傳統的化學修飾相比，電漿聚合具有更好的均勻性與可控性，並且還有助於減少有害溶劑的使用，符合現代環保的需求---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖八、表面電漿接枝聚合示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》462期，更多資料請見下方附檔。