通過外電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法
2023-06-17 18:27:56 1
專利名稱：通過外電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法
技術領域：
本發明屬於液晶減摩性能的技術領域，特別涉及外電場控制近壁面的液晶排列降 低邊界摩擦的方法，用於幫助降低機械運動中摩擦副間的摩擦。
背景技術：
降低機械運動過程中摩擦副間的摩擦係數，提高其潤滑性能一直是很受關注的問 題。由於液晶的特殊結構，使其在運動中起到的良好潤滑效果也早就引起了學者們的重視， 液晶作為潤滑油添加劑或者潤滑劑也已有很多研究，液晶在電場下的電粘度效應也一直是 研究的關注的問題，目前也有關於外加電場控制摩擦副間液晶的排列以控制摩擦係數的方 法，該方法是針對摩擦副間的整個區域的液晶。日本學者採用溫度控制液晶的相變，從有序 化到無序化的轉變來降低摩擦係數，由於摩擦過程中複雜的熱效應，這種方法的實用性面 臨挑戰。
發明內容
本發明的目的是降低機械運動摩擦副間的摩擦係數，提出了一種通過外電場控制 近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法；採用外加電場主動控制近壁面納米厚度液晶分子 有序化排列來降低摩擦。該方法可以簡單、方便、直觀的得到達到降低摩擦係數的效果。本發明提出的一種通過外電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法，其特 徵在於，包括以下步驟1)將摩擦副置於液晶潤滑劑中，使得摩擦副處於充分潤滑的狀態，該摩擦副至少 一端為導電材料；2)若摩擦副兩端均為導電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個電極；若摩擦 副一端為導電材料，則以摩擦副導電端作為直流電源的一個電極，在摩擦副非導電端附近 設置一個與導電摩擦副表面平行且非接觸的輔助電極，作為直流電源的另一個電極；3)在摩擦副工作前，打開直流電源開關，在設定的時間內在兩個電極之間施加設 定值的電場，設定的電場值大於500V/mm，但保證液晶膜不被擊穿，設定的時間值範圍大於 lOmin，關閉電源開關。4)摩擦副開始工作。本發明的工作原理本發明人通過實驗得到當在摩擦副表面施加電壓時摩擦副中液晶分子沿電場取 向垂直於摩擦副表面，當撤去電壓時，在遠離摩擦副表面處的分子取向可逆，而近壁面處的 液晶分子取向不可逆且具有分層現象，這種分層結構能夠有效地承載並由於層間滑動作用 降低摩擦，這時摩擦副工作時，摩擦係數就能得到有效降低。本發明的特點及有益效果該方法實用性強，且不需要在運動過程中一直施加電壓，簡單、方便的實現了外電 場主動控制近壁面液晶取向以達到降低摩擦係數效果。
圖1採用本方法的實施例測試裝置及方法原理示意圖；圖2為採用本方法得到的降低液晶潤滑摩擦係數的效果。
具體實施例方式本發明提出一種的採用外加電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法，結 合附圖及實施例詳細說明如下本發明提出的一種通過外電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法，其特 徵在於，包括以下步驟1)將摩擦副置於液晶潤滑劑中，使得摩擦副處於充分潤滑的狀態，該摩擦副至少 一端為導電材料；2)若摩擦副兩端均為導電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個電極；若摩擦 副一端為導電材料，則以摩擦副導電端作為直流電源的一個電極，在摩擦副非導電端附近 設置一個與導電摩擦副表面平行且非接觸的輔助電極，作為直流電源的另一個電極；3)在摩擦副工作前，打開直流電源開關，在設定的時間內在兩個電極之間施加設 定值的電場，設定的電場值大於500V/mm，但保證液晶膜不被擊穿，設定的時間值範圍大於 lOmin，關閉電源開關；4)摩擦副開始工作。所述液晶液晶潤滑劑可採用向列相和近晶相液晶。本發明方法及實施例，如圖1所示，包括以下步驟1)本實施例中的摩擦副為氮化矽球4和圓形鋼板5，將氮化矽球4放入導電件3內 (導電件3為中心具有螺孔的圓臺，氮化矽球4放入螺孔中)，然後將導電件3通過螺紋孔 與導電件2相連接，並將氮化矽球固定，導電件2通過梁1與主機(圖中未示出)相連接， 並且與導電件2連結的梁1為絕緣體，將下摩擦副圓形鋼板5固定在主機的底座6上，並且 與下摩擦副圓形鋼板5連接的底座6也是絕緣體；本實施例中摩擦副間的間隙為0. 4mm 0. 45mm ；2)在主機啟動前，將直流電源的正負電極分別加在下摩擦副圓形鋼板5和與氮化 矽球4相連的導電件2上；3)在摩擦副間滴加5CBG-pentyl-4』 -cyanobiphenyl)液晶潤滑劑，使其達到充 分潤滑狀態，設定直流電源的施加電壓值為600V，打開直流電源開關，施加電壓10分鐘， (本事實例中的電壓值和時間值滿足降低摩擦係數的要求，如果電壓過低或者時間過短都 可能達不到良好的降低摩擦係數的效果)，然後關閉電源開關；4)啟動主機，摩擦副開始工作，以達到降低摩擦係數目的。採用本發明方法與未採用本發明方法測量得到摩擦係數。如圖2所示，方形標註 的曲線是在摩擦副運動同時施加OV電壓時，摩擦係數隨著往復運動速度的變化曲線；圓形 標註的曲線是在摩擦副運動的同時施加600V電壓時，摩擦係數隨著往復運動速度的變化 曲線；三角標註的曲線是採用上述實施例在摩擦副運動前施加600V電壓10分鐘後，摩擦副 開始運動，摩擦係數隨著往復運動的變化曲線。可以看出本發明方法可以有效的降低摩擦 係數。
權利要求
1.一種通過外電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法，其特徵在於，包括以 下步驟1)將摩擦副置於液晶潤滑劑中，使得摩擦副處於充分潤滑的狀態，該摩擦副至少一端 為導電材料；2)若摩擦副兩端均為導電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個電極；若摩擦副一 端為導電材料，則以摩擦副導電端作為直流電源的一個電極，在摩擦副非導電端附近設置 一個與導電摩擦副表面平行且非接觸的輔助電極，作為直流電源的另一個電極；3)在摩擦副工作前，打開直流電源開關，在設定的時間內在兩個電極之間施加設定 值的電場，設定的電場值大於500V/mm，但保證液晶膜不被擊穿，設定的時間值範圍大於 lOmin，關閉電源開關；4)摩擦副開始工作。
2.根據權利要求1中的所述的方法，其特徵在於，所述液晶潤滑劑採用向列相和近晶 相液晶。
全文摘要
本發明涉及通過外電場控制近壁面液晶排列來降低摩擦係數的方法，屬於液晶減摩性能的技術領域，該方法包括將摩擦副置於液晶潤滑劑中，使得摩擦副處於充分潤滑的狀態，該摩擦副至少一端為導電材料；若摩擦副兩端均為導電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個電極；若摩擦副一端為導電材料，則以摩擦副導電端作為直流電源的一個電極，在摩擦副非導電端附近設置一個與導電摩擦副表面平行且非接觸的輔助電極，作為直流電源的另一個電極；在摩擦副工作前，打開直流電源開關，在設定的時間內在兩個電極之間施加設定值的電場，關閉電源開關；摩擦副開始工作。該方法可以簡單、方便、直觀的得到達到降低摩擦係數的效果。
文檔編號F16N15/00GK102128345SQ20101060846
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者喬小溪, 張向軍, 張曉昊, 王淵淵, 田煜 申請人:清華大學