專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)外電場(chǎng)控制近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液晶減摩性能的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及外電場(chǎng)控制近壁面的液晶排列降 低邊界摩擦的方法，用于幫助降低機(jī)械運(yùn)動(dòng)中摩擦副間的摩擦。
背景技術(shù)：
降低機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中摩擦副間的摩擦系數(shù)，提高其潤(rùn)滑性能一直是很受關(guān)注的問(wèn) 題。由于液晶的特殊結(jié)構(gòu)，使其在運(yùn)動(dòng)中起到的良好潤(rùn)滑效果也早就引起了學(xué)者們的重視， 液晶作為潤(rùn)滑油添加劑或者潤(rùn)滑劑也已有很多研究，液晶在電場(chǎng)下的電粘度效應(yīng)也一直是 研究的關(guān)注的問(wèn)題，目前也有關(guān)于外加電場(chǎng)控制摩擦副間液晶的排列以控制摩擦系數(shù)的方 法，該方法是針對(duì)摩擦副間的整個(gè)區(qū)域的液晶。日本學(xué)者采用溫度控制液晶的相變，從有序 化到無(wú)序化的轉(zhuǎn)變來(lái)降低摩擦系數(shù)，由于摩擦過(guò)程中復(fù)雜的熱效應(yīng)，這種方法的實(shí)用性面 臨挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是降低機(jī)械運(yùn)動(dòng)摩擦副間的摩擦系數(shù)，提出了一種通過(guò)外電場(chǎng)控制 近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法；采用外加電場(chǎng)主動(dòng)控制近壁面納米厚度液晶分子 有序化排列來(lái)降低摩擦。該方法可以簡(jiǎn)單、方便、直觀的得到達(dá)到降低摩擦系數(shù)的效果。本發(fā)明提出的一種通過(guò)外電場(chǎng)控制近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法，其特 征在于，包括以下步驟1)將摩擦副置于液晶潤(rùn)滑劑中，使得摩擦副處于充分潤(rùn)滑的狀態(tài)，該摩擦副至少 一端為導(dǎo)電材料；2)若摩擦副兩端均為導(dǎo)電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個(gè)電極；若摩擦 副一端為導(dǎo)電材料，則以摩擦副導(dǎo)電端作為直流電源的一個(gè)電極，在摩擦副非導(dǎo)電端附近 設(shè)置一個(gè)與導(dǎo)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(gè)電極；3)在摩擦副工作前，打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)電極之間施加設(shè) 定值的電場(chǎng)，設(shè)定的電場(chǎng)值大于500V/mm，但保證液晶膜不被擊穿，設(shè)定的時(shí)間值范圍大于 lOmin，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。4)摩擦副開(kāi)始工作。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到當(dāng)在摩擦副表面施加電壓時(shí)摩擦副中液晶分子沿電場(chǎng)取 向垂直于摩擦副表面，當(dāng)撤去電壓時(shí)，在遠(yuǎn)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(xiàn)象，這種分層結(jié)構(gòu)能夠有效地承載并由于層間滑動(dòng)作用 降低摩擦，這時(shí)摩擦副工作時(shí)，摩擦系數(shù)就能得到有效降低。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果該方法實(shí)用性強(qiáng)，且不需要在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一直施加電壓，簡(jiǎn)單、方便的實(shí)現(xiàn)了外電 場(chǎng)主動(dòng)控制近壁面液晶取向以達(dá)到降低摩擦系數(shù)效果。


圖1采用本方法的實(shí)施例測(cè)試裝置及方法原理示意圖；圖2為采用本方法得到的降低液晶潤(rùn)滑摩擦系數(shù)的效果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種的采用外加電場(chǎng)控制近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法，結(jié) 合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下本發(fā)明提出的一種通過(guò)外電場(chǎng)控制近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法，其特 征在于，包括以下步驟1)將摩擦副置于液晶潤(rùn)滑劑中，使得摩擦副處于充分潤(rùn)滑的狀態(tài)，該摩擦副至少 一端為導(dǎo)電材料；2)若摩擦副兩端均為導(dǎo)電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個(gè)電極；若摩擦 副一端為導(dǎo)電材料，則以摩擦副導(dǎo)電端作為直流電源的一個(gè)電極，在摩擦副非導(dǎo)電端附近 設(shè)置一個(gè)與導(dǎo)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(gè)電極；3)在摩擦副工作前，打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)電極之間施加設(shè) 定值的電場(chǎng)，設(shè)定的電場(chǎng)值大于500V/mm，但保證液晶膜不被擊穿，設(shè)定的時(shí)間值范圍大于 lOmin，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)；4)摩擦副開(kāi)始工作。所述液晶液晶潤(rùn)滑劑可采用向列相和近晶相液晶。本發(fā)明方法及實(shí)施例，如圖1所示，包括以下步驟1)本實(shí)施例中的摩擦副為氮化硅球4和圓形鋼板5，將氮化硅球4放入導(dǎo)電件3內(nèi) (導(dǎo)電件3為中心具有螺孔的圓臺(tái)，氮化硅球4放入螺孔中)，然后將導(dǎo)電件3通過(guò)螺紋孔 與導(dǎo)電件2相連接，并將氮化硅球固定，導(dǎo)電件2通過(guò)梁1與主機(jī)(圖中未示出)相連接， 并且與導(dǎo)電件2鏈接的梁1為絕緣體，將下摩擦副圓形鋼板5固定在主機(jī)的底座6上，并且 與下摩擦副圓形鋼板5連接的底座6也是絕緣體；本實(shí)施例中摩擦副間的間隙為0. 4mm 0. 45mm ；2)在主機(jī)啟動(dòng)前，將直流電源的正負(fù)電極分別加在下摩擦副圓形鋼板5和與氮化 硅球4相連的導(dǎo)電件2上；3)在摩擦副間滴加5CBG-pentyl-4’ -cyanobiphenyl)液晶潤(rùn)滑劑，使其達(dá)到充 分潤(rùn)滑狀態(tài)，設(shè)定直流電源的施加電壓值為600V，打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，施加電壓10分鐘， (本事實(shí)例中的電壓值和時(shí)間值滿足降低摩擦系數(shù)的要求，如果電壓過(guò)低或者時(shí)間過(guò)短都 可能達(dá)不到良好的降低摩擦系數(shù)的效果)，然后關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)；4)啟動(dòng)主機(jī)，摩擦副開(kāi)始工作，以達(dá)到降低摩擦系數(shù)目的。采用本發(fā)明方法與未采用本發(fā)明方法測(cè)量得到摩擦系數(shù)。如圖2所示，方形標(biāo)注 的曲線是在摩擦副運(yùn)動(dòng)同時(shí)施加OV電壓時(shí)，摩擦系數(shù)隨著往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的變化曲線；圓形 標(biāo)注的曲線是在摩擦副運(yùn)動(dòng)的同時(shí)施加600V電壓時(shí)，摩擦系數(shù)隨著往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度的變化 曲線；三角標(biāo)注的曲線是采用上述實(shí)施例在摩擦副運(yùn)動(dòng)前施加600V電壓10分鐘后，摩擦副 開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，摩擦系數(shù)隨著往復(fù)運(yùn)動(dòng)的變化曲線?？梢钥闯霰景l(fā)明方法可以有效的降低摩擦 系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)外電場(chǎng)控制近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，包括以 下步驟1)將摩擦副置于液晶潤(rùn)滑劑中，使得摩擦副處于充分潤(rùn)滑的狀態(tài)，該摩擦副至少一端 為導(dǎo)電材料；2)若摩擦副兩端均為導(dǎo)電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個(gè)電極；若摩擦副一 端為導(dǎo)電材料，則以摩擦副導(dǎo)電端作為直流電源的一個(gè)電極，在摩擦副非導(dǎo)電端附近設(shè)置 一個(gè)與導(dǎo)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(gè)電極；3)在摩擦副工作前，打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)電極之間施加設(shè)定 值的電場(chǎng)，設(shè)定的電場(chǎng)值大于500V/mm，但保證液晶膜不被擊穿，設(shè)定的時(shí)間值范圍大于 lOmin，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)；4)摩擦副開(kāi)始工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的所述的方法，其特征在于，所述液晶潤(rùn)滑劑采用向列相和近晶 相液晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)外電場(chǎng)控制近壁面液晶排列來(lái)降低摩擦系數(shù)的方法，屬于液晶減摩性能的技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括將摩擦副置于液晶潤(rùn)滑劑中，使得摩擦副處于充分潤(rùn)滑的狀態(tài)，該摩擦副至少一端為導(dǎo)電材料；若摩擦副兩端均為導(dǎo)電材料，則摩擦副兩端作為直流電源的兩個(gè)電極；若摩擦副一端為導(dǎo)電材料，則以摩擦副導(dǎo)電端作為直流電源的一個(gè)電極，在摩擦副非導(dǎo)電端附近設(shè)置一個(gè)與導(dǎo)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(gè)電極；在摩擦副工作前，打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)電極之間施加設(shè)定值的電場(chǎng)，關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)；摩擦副開(kāi)始工作。該方法可以簡(jiǎn)單、方便、直觀的得到達(dá)到降低摩擦系數(shù)的效果。
文檔編號(hào)F16N15/00GK102128345SQ20101060846
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者喬小溪, 張向軍, 張曉昊, 王淵淵, 田煜 申請(qǐng)人:清華大學(xué)