38、植物油基NSF H2食品级润滑脂配方及二硫化钼纳米结构多激子产生研究

躺平摸鱼王

于 2025-09-15 13:21:23 发布

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分类专栏：智能制造与材料创新文章标签：植物油基润滑脂 NSF H2食品级润滑脂二硫化钼纳米结构

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植物油基NSF H2食品级润滑脂配方及二硫化钼纳米结构多激子产生研究

植物油基润滑脂的研究

植物油基润滑脂在食品工业等领域有着重要应用，其性能与植物油的成分密切相关。

植物油脂肪酸成分
| 脂肪酸 | 新鲜棕榈油 | 用过的棕榈油 | 新鲜椰子油 | 用过的椰子油 | 蓖麻油 |
| — | — | — | — | — | — |
| C14:0（肉豆蔻酸） | – | – | 0.20 | – | – |
| C16:1（棕榈油酸） | – | – | 0.42 | – | – |
| C18:0（硬脂酸） | 0.68 | 0.61 | 16.32 | 6.82 | – |
| C18:1（油酸） | 69.37 | 62.94 | 67.50 | 70.70 | 11.65 |
| C18:1（vaccenic酸） | 0.29 | – | – | 0.29 | – |
| C18:1（蓖麻油酸） | – | – | – | – | 62.90 |
| C18:2（亚油酸） | 29.34 | 35.44 | 14.99 | 21.48 | 17.10 |
| C18:3（α - 亚麻酸） | – | – | – | 0.18 | – |
| C20:1（二十碳烯酸） | 0.98 | | | | |

不同植物油的脂肪酸成分差异明显，这些差异会影响后续制备的润滑脂的性能。

FTIR分析
FTIR是检测官能团和表征共价键信息的有用分析工具。通过生成红外吸收光谱，FTIR可以对分子中的化学键进行分类。不同植物油的FTIR光谱带之间差异较小。食用油脂是由羟基官能团（–OH）和羧基（–CO）组成的甘油三酯。
润滑脂性能分析
- 滴点测试
  滴点测试用于确定润滑脂中油和增稠剂的内聚性。不同植物油基润滑脂的滴点如下：
  | 润滑脂类型 | 滴点 | 未工作润滑脂稠度 | 工作（60次冲程）润滑脂稠度 |
  | — | — | — | — |
  | 新鲜棕榈油基润滑脂 | 211.3 °C | NLGI 2 | NLGI 1 |
  | 用过的棕榈油基润滑脂 | 211.7 °C | NLGI 2 | NLGI 1 |
  | 新鲜椰子油基润滑脂 | 210.3 °C | NLGI 1 | NLGI 1 |
  | 用过的椰子油基润滑脂 | 211.3 °C | NLGI 2 | NLGI 2 |
  | 蓖麻油基润滑脂 | 207.0 °C | NLGI 2 | NLGI 2 |

新鲜棕榈油、用过的棕榈油和用过的椰子油基润滑脂的滴点最高，均高于211 °C；新鲜椰子油基润滑脂滴点稍低，为210.3 °C；蓖麻油基润滑脂滴点最低，仅为207 °C。这表明配方食品级润滑脂中添加剂和增稠剂的百分比对滴点温度影响不大，因为BHT和Li - 12 - HSA具有较高的耐高温性。

- **锥入度测试**

锥入度测试是使用圆锥锥入度测量润滑剂稠度的主要方法。新润滑脂的未工作和工作锥入度是NLGI润滑脂稠度分类系统的一个属性。润滑脂稠度在室温下测量，样品经过60次双冲程前后各测一次。较高数值的润滑脂倾向于保持原位，在有泄漏问题时是不错的选择。未工作的棕榈油基润滑脂（新鲜和用过的）、用过的椰子油基润滑脂和蓖麻油基润滑脂的稠度为NLGI 2，而新鲜椰子油基润滑脂的稠度为NLGI 1。除了棕榈油基润滑脂（新鲜和用过的）因机械应力导致稠度变化和软化效应（从NLGI 2变为NLGI 1）外，其他润滑脂在60次双冲程后的工作锥入度保持一致。

- **析油测试**

析油测试用于确定润滑脂释放油的能力。不同润滑脂的析油情况如下：
| 润滑脂类型 | 新鲜样品析油面积（mm） | 用过样品析油面积（mm） | 百分比差异 |
| — | — | — | — |
| 新鲜棕榈油基润滑脂 | 1356.14 | 1458.58 | 7.55 |
| 用过的棕榈油基润滑脂 | 1406.92 | 1511.13 | 7.41 |
| 新鲜椰子油基润滑脂 | 1441.26 | 1458.58 | 1.20 |
| 用过的椰子油基润滑脂 | 1356.14 | 1424.04 | 4.77 |
| 蓖麻油基润滑脂 | 663.77 | 815.66 | 22.88 |

新鲜椰子油基润滑脂析油最少，为1.20%，其次是用过的椰子油基润滑脂，为4.77%。用过的棕榈油和新鲜棕榈油基润滑脂析油适中，分别为7.41%和7.55%。蓖麻油基润滑脂析油最高，为22.88%。这表明锂基润滑脂对新鲜椰子油和用过的椰子油的保持能力优于新鲜棕榈油和用过的棕榈油，但对蓖麻油的吸引力最小。润滑脂释放油的能力很重要，它能使机械部件分离并保持良好润滑，延长机器寿命，但过度析油会导致油的不必要损失、润滑脂干涸，需要更频繁地重新润滑。

- **热重分析（TGA）**

TGA结果显示，润滑脂经历两个主要的失重阶段，这可能是由于润滑脂中过多水分和挥发性成分的损失以及在极高温度下润滑脂的降解。达到600 °C时，润滑脂约有5% - 6%的残留物。不同润滑脂的TGA具体情况如下：
- 新鲜棕榈油基润滑脂在225 - 348 °C失重29.7%，在450.43 °C完全分解，残留物为5.1%。
- 用过的棕榈油基润滑脂在180 - 335.80 °C失重43.44%，在335.80 - 500 °C失重45.14%，残留物为5.6%。
- 新鲜椰子油基润滑脂在275 - 345 °C失重29.18%，在340 - 453.24 °C失重40.90%，残留物为5.885%。
- 用过的椰子油基润滑脂在225 - 345 °C失重34.48%，在348.09 - 465 °C失重38.46%，残留物为5.5%。
- 蓖麻油基润滑脂在322.85 °C失重21.94%，在470 °C进一步失重46.52%，残留物为6.35%。

与其他油相比，新鲜椰子油基润滑脂通过失重情况显示出早期分解。此外，用过的油表现出相当的热稳定性。棕榈油基润滑脂具有优异的热稳定性，而蓖麻油基润滑脂具有中等热稳定性。

二硫化钼纳米结构多激子产生的研究

太阳能电池是利用光伏效应将光能转化为电能的电子设备。目前太阳能电池可分为三代，而提高太阳能电池的光电转换效率是研究的重要方向，多激子产生（MEG）现象为提高效率带来了希望。

太阳能电池效率分析
- 理论与实际效率对比
  基于块状半导体材料的太阳能电池理论效率约为30%，这是因为块状半导体材料吸收一个光子只能产生一个激子。将块状半导体材料换成量子点作为主要吸光体，太阳能电池的效率有望提高到60%以上。量子点是尺寸小于其激子玻尔半径的材料，激子玻尔半径是价带中空穴与导带中激发态电子之间的距离。然而，到目前为止，量子点太阳能电池（QDSC）记录的最高光伏（PV）转换效率仅约为18.1%。
- 突破效率限制
  量子受限半导体材料在吸收一个光子（光子能量Ephoton > 带隙Eg）时能够产生多个激子，这将使太阳能电池的整体理论PV转换效率超过60%。小尺寸半导体材料独特的能带结构（即扩展、独特和离散的能级）是理论PV转换效率大幅提高的原因。在量子受限半导体材料中，吸收具有足够能量的光子会使电子从最高占据分子轨道（HOMO）激发到最低未占据分子轨道（LUMO），形成电子 - 空穴对即激子。而块状半导体材料由于导带中能级紧密分离，无法产生MEG，激发态电子的多余能量会以热量形式释放到周围环境中，不足以引发二次激发。
研究对象选择
选择具有窄带隙（1.29 eV）的MoS2进行研究。假设在小于其激子玻尔半径（1.62 nm）的小MoS2纳米晶体中会发生MEG。小尺寸量子受限结构的MoS2与块状MoS2相比，具有不同的化学、结构和光电性质。从2000年到2021年，关于MoS2在光伏技术应用领域的研究活动和成果显著增加，特别是基于纳米材料的MoS2太阳能电池与基于块状材料的研究成果数量差异达数百倍，这为研究小尺寸MoS2纳米晶体的基本性质（光学和电子性质）提供了新机会，有望解决量子点太阳能电池PV转换效率不显著的问题。
研究方法
- 模型构建
  基于成熟的块状晶体学轮廓构建现实的MoS2模型。在基本晶体建模阶段，使用z - 矩阵坐标在三维空间中复制基本MoS2晶体结构的内部坐标（即键角、键长和二面角）。
- 结构优化
  考虑电子、质子、中子之间的相互作用（势能和动能）以及同一轨道中两个相邻电子之间的相关交换能。使用密度泛函理论（DFT）计算，采用Becke的三参数混合方法与Lee、Yang和Parr（b3lyp）相关泛函以及lanl2dz基组，将制备的模型优化到最低能量结构，以准确描述结合能、表面态、陷阱态和表面稳定性。
- 模型验证
  对优化后的结构进行谐波频率计算，丢弃显示负频率的模型，因为这表明模型不现实。
- MEG分析
  使用与优化过程相同水平的理论，通过含时密度泛函理论（TD - DFT）计算现实模型的未占据（UMO）和占据分子轨道（OMO）。基于使用能量为MoS2模型带隙两倍的光子源进行简单激发模拟，分析MEG的发生情况。

综上所述，植物油基润滑脂的研究为其在食品工业等领域的应用提供了性能参考，而二硫化钼纳米结构多激子产生的研究为提高太阳能电池效率带来了新的思路和方法。未来还需要进一步深入研究，以实现更高效的应用。

植物油基NSF H2食品级润滑脂配方及二硫化钼纳米结构多激子产生研究

植物油基润滑脂研究总结与展望

植物油基润滑脂研究中，不同植物油基润滑脂在滴点、锥入度、析油和热稳定性等方面表现出明显差异。以下是对这些特性的总结以及未来研究方向的探讨：

润滑脂特性总结
- 稠度与锥入度 ：未工作时，棕榈油基（新鲜和用过）、用过的椰子油基和蓖麻油基润滑脂稠度为NLGI 2，新鲜椰子油基润滑脂为NLGI 1。工作后，棕榈油基润滑脂出现稠度变化，其他润滑脂相对稳定。选择润滑脂时需根据应用和操作条件，如温度、泵送性和速度等，一般轴承应用中，NLGI 1 - 3的润滑脂较为合适。
- 滴点：新鲜和用过的棕榈油基、用过的椰子油基润滑脂滴点高于211 °C，新鲜椰子油基润滑脂为210.3 °C，蓖麻油基润滑脂最低为207 °C。添加剂和增稠剂百分比对滴点温度影响不大，因BHT和Li - 12 - HSA耐高温。
- 析油：新鲜椰子油基润滑脂析油最少，蓖麻油基润滑脂析油最多。锂基润滑脂对椰子油保持能力较好，但对蓖麻油吸引力小。适度析油有助于润滑，但过度析油会导致油损失和润滑脂干涸。
- 热稳定性 ：棕榈油基润滑脂热稳定性优异，蓖麻油基润滑脂中等，新鲜椰子油基润滑脂有早期分解现象，用过的油热稳定性相当。
未来研究方向
目前植物油基润滑脂存在滴点温度相对较低、高温下失重不稳定和析油面积大等问题。未来可从以下方面开展研究：
- 深入研究不同植物油成分与润滑脂性能的关系，优化配方，提高润滑脂性能。
- 探索新型添加剂和增稠剂，改善润滑脂的高温稳定性和抗析油能力。
- 开展实际应用测试，验证润滑脂在不同工况下的性能，为工业应用提供更准确的参考。

二硫化钼纳米结构多激子产生研究结果与应用前景

二硫化钼纳米结构多激子产生的研究旨在提高太阳能电池的光电转换效率，以下是研究结果和应用前景的分析：

研究结果
- 模型验证 ：通过GaussView 5.0软件建模，Gaussian 09W软件进行谐波频率计算分析，验证了 (MoS2)n（n = 2, 4, 6, 8和12）模型为现实模型。
- 尺寸分析 ：这些纳米晶体模型尺寸小于其激子玻尔半径（约1.61 nm），分别为0.54、0.62、0.95、1.09和1.57 nm。
- MEG验证 ：使用含时密度泛函理论（TD - DFT）计算，所有计算的MoS2纳米颗粒模型均表现出多激子产生（MEG）现象。
应用前景与挑战
- 应用前景 ：如果能开发出一种实用技术，合成与评估模型结构或几何形状相似的MoS2纳米晶体，有望实现实际光伏转换效率超过60%的太阳能电池，为太阳能利用带来重大突破。
- 面临挑战 ：目前量子点太阳能电池实际效率仍远低于理论值，需要进一步研究量子受限半导体材料的特性，优化材料制备和器件制造工艺，以实现高效稳定的太阳能电池。

研究方法与流程总结

为了更清晰地展示植物油基润滑脂和二硫化钼纳米结构研究的方法和流程，以下是两个mermaid流程图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(分析植物油脂肪酸成分):::process
    B --> C(FTIR分析植物油):::process
    C --> D(制备植物油基润滑脂):::process
    D --> E(滴点测试):::process
    E --> F(锥入度测试):::process
    F --> G(析油测试):::process
    G --> H(热重分析TGA):::process
    H --> I([结束]):::startend

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(构建MoS2模型):::process
    B --> C(结构优化):::process
    C --> D{谐波频率计算}:::decision
    D -->|负频率| E(丢弃模型):::process
    D -->|正频率| F(TD - DFT计算UMO和OMO):::process
    F --> G(分析MEG发生情况):::process
    G --> H([结束]):::startend
    E --> B(构建MoS2模型):::process

总结

植物油基润滑脂和二硫化钼纳米结构多激子产生的研究都具有重要的理论和实际意义。植物油基润滑脂研究为环保、低成本的润滑脂制造提供了基础，但需要进一步研究优化性能。二硫化钼纳米结构研究为提高太阳能电池效率带来了新希望，但实现高效应用仍面临诸多挑战。未来的研究需要深入探索材料特性和作用机制，开发更有效的制备和应用技术，以推动相关领域的发展。