专利名称：用于提高燃料效率的含有纳米颗粒和微米颗粒的润滑剂以及形成分散的纳米颗粒的激光 ...的制作方法
用于提高燃料效率的含有纳米颗粒和微米颗粒的润滑剂以 及形成分散的纳米颗粒的激光合成方法
发明内容
如本文中所公开，纳米与微米颗粒的组合对发动机的处理提高燃料效率和寿命并 降低废气排放。纳米颗粒选自一类硬材料，优选氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、金 刚石、立方氮化硼以及氧化钼。微米颗粒选自一类分层结构的材料，优选石墨、六方氮化硼、 硅酸镁(滑石)和二硫化钼。纳米-微米组合可以选自相同的材料。这组材料包括氧化 锌、氧化铜、氧化钼、石墨、滑石和六方氮化硼。在提出的组合中纳米颗粒与微米颗粒之比随 着发动机特征和行车条件而变化。本文中还公开了纳米颗粒的激光合成方法，其中颗粒已 被分散在发动机油中和其它相容介质中。在发动机油中使用纳米与微米颗粒的组合可以实 现表面形貌的改变，例如平滑化或抛光发动机磨损面，从而在实际道路条件下在多种车辆 (小汽车与卡车)中改善燃料效率最高达35%，并降低摩擦系数，同时降低废气排放最高达 90%。润滑剂如发动机油包含硬纳米颗粒和分层的软微米颗粒，所述硬纳米颗粒嵌入受 润滑表面中，所述分层的软微米颗粒填充受润滑表面中的空隙。一种降低磨损面的摩擦的方法，包括用含有硬纳米颗粒和分层的软微米颗粒的润 滑剂润滑磨损面，其中该纳米颗粒能抛光磨损面，至少一些纳米颗粒嵌入磨损面中，并且该 分层微米颗粒能积累到磨损面的空隙(坑和沟槽)中。
图1是用于生产直接被分散到油中的纳米颗粒的脉冲激光合成方法的示意图，其 中可以将一种或多种气体通过喷嘴引入以控制纳米颗粒的化学组成和/或涂敷。图2(a)、(b)和2(c)是ZnO纳米颗粒的显微照片，所述纳米颗粒通过锌靶在氧气 环境中的烧蚀而生成(平均尺寸30nm)并分散在矿物油中。图3(a)和(b)是CuO纳米颗粒的显微照片，所述纳米颗粒通过铜靶在氧气环境中 的烧蚀而生成并分散在矿物油中。图4是分散于5W30车用润滑油中的h-BN纳米颗粒和微米颗粒的显微照片。图5是分散于5W30车用润滑油中的石墨纳米颗粒和微米颗粒的显微照片。图6是分散于5W30车用润滑油中的氧化铝纳米颗粒的显微照片。图7是分散于5W30车用润滑油中的二氧化硅纳米颗粒的显微照片。图8是分散于5W30车用润滑油中的MoS2(二硫化钼)微米颗粒的显微照片。图9是分散于5W30车用润滑油中的滑石纳米、微米颗粒的显微照片。图10是分散于5W30车用润滑油中的TiO2纳米颗粒的显微照片。图11是分散于5W30车用润滑油中的CeO2纳米颗粒的显微照片。图12(a)_(c)显示了显微照片，其中图12(a)以低放大率显示了用石墨微米颗粒 进行表面处理/抛光并填充表面沟槽之后的金属表面；图12(b)以中等放大率显示了用石 墨纳米和微米颗粒进一步抛光和覆盖之后的表面；图12(c)以高放大率显示了由于石墨微米颗粒转变成纳米颗粒而嵌入石墨纳米颗粒后的表面。图13(a)_(c)是显微照片，其中图13(a)以低放大率显示了用纳米氧化铝和微米石墨进行铝合金的表面处理/抛光并填充表面沟槽之后的金属表面；图13(b)以中等放大 率显示了用氧化铝纳米颗粒和石墨微米颗粒进一步抛光和覆盖之后的表面；图13(c)显示 了嵌入氧化铝纳米颗粒并且石墨微米颗粒转变成纳米颗粒后的表面。
图14(a)_(b)是扫描电子显微照片，其中显示了铝合金的抛光以及纳米氧化铝和 微米石墨的嵌入；图14(a)显示了在表面粗糙处的嵌入和填充；图14(b)主要显示了氧化 铝和石墨纳米颗粒在铝合金金属表面中的嵌入；图14(c)是X射线化学分析图，其中表明无 其它表面污染。图15(a)_(c)是显微照片，其中图15(a)以低放大率显示了用纳米氧化铝和微米 石墨进行表面处理/抛光并填充表面沟槽后的铸铁金属表面；图15(b)以高放大率显示了 用氧化铝纳米颗粒和石墨微米颗粒进一步抛光和覆盖之后的表面；图15(c)以高放大率显 示了嵌入石墨和氧化铝纳米颗粒后的表面，其中显示了石墨微米颗粒向纳米颗粒的转变。图16是透射电子显微图，其中显示了在MgO基体中嵌入Ni纳米颗粒以改善机械 性能。
具体实施例方式本文所述的是油添加剂的新设计，其中将纳米颗粒和微米颗粒的组合加入油中以 平滑化并抛光金属表面，并使纳米颗粒嵌入近表面区域中，从而降低摩擦和磨损。添加剂可 以是纳米颗粒IOOnm)和微米颗粒(> lOOnm)、纳米棒、纳米管、纳米带和巴克球形式。 (5-100nm)尺寸范围内的纳米颗粒通过抛光、研磨和嵌入金属基底中而降低磨损和摩擦。另 一方面，微米颗粒(100nm-20，OOOnm)通过在磨损界面上的分层而降低摩擦。纳米颗粒和微 米颗粒也可以改善物理性能，例如电导率和热导率以及油的分解特性。纳米颗粒选自一类 硬材料，优选氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、金刚石、立方氮化硼以及氧化钼。微 米颗粒选自一类分层结构的材料，优选石墨、六方氮化硼、硅酸镁(滑石)和二硫化钼。纳 米-微米组合可以选自相同的材料。这组材料包括氧化锌、氧化铜、氧化钼、石墨、滑石和六 方氮化硼。纳米颗粒与微米颗粒的相对分数可以从10到80%变化，这取决于磨损面的特 性。对于较新的发动机，优选较高的纳米颗粒分数，而对于较旧的发动机(例如50，000英 里或更高)，优选较高的微米颗粒分数。对于发动机应用，期望这些添加剂消除与目前的基 于二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的油添加剂制剂有关的环境毒害效应。本文中还记载了通过新的激光合成方法形成各种组成的纳米颗粒。通过使用这 种方法，形成具有期望的化学组成和窄尺寸分布的纳米颗粒并且它直接分散到期望的介质 如油润滑剂中，从而解决了与纳米颗粒相关的关键的团聚问题。将微米颗粒以一定的浓度 和尺寸范围加入到其中已分散了纳米颗粒的发动机油中，以改善燃料效率和寿命。微米颗 粒的尺寸在滤油器的孔尺寸之下以避免滤油器的堵塞。该处理导致表面平滑化和抛光以及 颗粒的嵌入，以降低金属发动机表面的摩擦和磨损。这些添加剂在汽油发动机中导致高达 35%的燃料效率改善，并且通过优化可以期待燃料效率的进一步改善。这些添加剂也用来 对其它发动机降低磨损并改善寿命。这些材料也可以以1-10%的浓度分散到基材如矿物 油、合成油(如聚烯烃)以及聚合物中，在发动机油中的总的最终浓度为约0.02至0.2%。为进一步改善分散，可以加入某些表面活性剂。初步结果表明了摩擦系数从典型值0. 22显 著降低到0. 01。结合了市区和高速公路行车的道路测试表明，在丰田客车中加入含有纳米 二氧化硅、纳米氧化铝和微米石墨的油添加剂后，从22mpg改善到30mpg，这相当于燃料效 率的35士3%以上的改善。在大众汽车和福特卡车(F-150)中得到类似的高燃料效率结果。 在本发明的纳米和微米颗粒处理后，可以获得二氧化碳和一氧化碳废气排放的至少10%，至少20%，至少30%，至少40%，至少50%且最高达90%的降低。纳米颗粒包括氧化铝、二氧化硅、氧化铈、二氧化钛、金刚石、立方氮化硼和氧化 钼，它们可以嵌入铸铁、铝及其合金中以提高硬度并从而降低摩擦和磨损。纳米颗粒可以在 脉冲激光烧蚀合成过程中分散到发动机油中。纳米颗粒也可以通过其它物理和化学气相沉 积方法合成并以1. O重量％至10. 0重量％ (wt. % )的浓度分散到发动机油中。将尺寸范 围低于滤油器的孔尺寸的微米颗粒以1. 0至10. Owt%的浓度分散到发动机油中。微米颗粒 选自一类分层结构的材料，优选石墨、六方氮化硼、硅酸镁(滑石)和二硫化钼。作为实例， 可以将50mL纳米颗粒制剂和50mL微米颗粒制剂在处理时加入5夸脱发动机油中，典型地 为低粘度的0W20、5W20、5W30发动机油。根据油膜厚度和纳米颗粒的相对大小，存在影响摩擦磨损和润滑的三种不同的方 式。如果油膜厚度t。大于颗粒尺寸dn，纳米颗粒在改变摩擦特性方面将无效。这称为流体 力学方式。如果t。 dn，将通过压在纳米颗粒上并降低接触面积而降低摩擦。如果接触面 积保持固定，这种状况将导致独立于负荷的摩擦。这称为混合方式。当t。< dn时，油厚度 低于纳米颗粒的尺寸。在该情况下，纳米颗粒在改变摩擦和磨损方面起关键作用。在该情 况下，纳米颗粒嵌入表面中，从而将表面硬化并降低摩擦系数。另外，在纳米颗粒表面上滑 动在改变界面摩擦方面非常有效。这称为边界层方式。下面说明纳米颗粒和微米颗粒在边界润滑、混合和流体力学或滚动(rolling)条 件下的相对贡献。对于纳米颗粒，在边界润滑条件下，除了将使表面硬化的近表面塑性破 坏以外，还将存在对表面的抛光和平滑化。所有这些效应将降低摩擦和磨损。在混合润滑 条件下，将存在较少的对发动机内表面的抛光和平滑化。在流体力学润滑条件下，纳米颗粒 将无效，因为边界层比其尺寸更厚。对于微米颗粒，在边界润滑条件下，将会存在对表面的 抛光和平滑化，这将降低摩擦和磨损。在混合润滑条件下，将仍然存在对内表面的抛光和平 滑化。在流体力学润滑条件下，根据边界层的相对厚度和微米颗粒尺寸，微米颗粒可能会有 效。关于发动机油处理，在边界润滑下，存在精细抛光和纳米颗粒的某些嵌入，这可以 导致加工硬化，在混合和流体力学润滑下，存在很有限的抛光和加工硬化。关于微米颗粒， 在边界润滑下，存在很有限的加工硬化，在混合以及流体力学条件下，通过压在微米颗粒的 分层小片上而获得摩擦的降低。在高粘度和低温操作条件下，如果边界层比颗粒尺寸厚，则处理将会无效。因 此，发现分散在低粘度油(优选0W20、5W20、5W30)中的纳米颗粒更有效，并且有效性将会 随着温度的升高而升高。当温度下降时，微米颗粒将通过填充空隙(坑和沟槽)如波动 (undulation)以及通过提供光滑的分层结构而首先参与表面的平滑化。当边界层厚度降 低并且边界润滑开始时，纳米颗粒能够通过磨损面区域的加工硬化和嵌入而降低摩擦和磨 损。
在油添加剂中使用的纳米材料优选通过脉冲激光加工方法合成，它得到在任何合适的介质如矿物油、发动机油、合成油如聚α烯烃(PAO)以及其它烃中的分散的纳米颗粒。图1显示了激光加工室的示意图，其中使用高功率脉冲激光在受控的环境中烧蚀 金属或化合物靶。多种类型的激光可以用于该目的，例如(1)脉冲EXCIMER激光，波长从 193nm到500nm，脉冲宽度在纳秒量级，能量密度为2-10cm_2 ；以及(2)脉冲CO2激光，其中脉 冲宽度从几百纳秒(ns)到几微秒(μ s)变化。因此，脉冲宽度从ns到μ s的变化显著提 高纳米颗粒/纳米粉末的生产量。对于微秒脉冲激光，平均功率为约600-800W，峰值功率为 约10kW。可以通过控制激光羽流(laser plume)和经喷嘴注射合适的反应物气体来改变纳 米颗粒的化学组成。该方法也使得可以进行纳米颗粒的涂敷以及表面改性，以增强在矿物 油、合成油如聚α烯烃(PAO)和烃中的分散。本文记载的方法在纳米颗粒的生产量以及直 接在油介质中的分散方面提供了显著的改进，这是由于通过靶材的激光烧蚀形成的纳米颗 粒的力。脉冲激光可以生产具有窄尺寸分布的纳米颗粒。连续的CO2激光生产 40-60nm 的颗粒，而脉冲CO2激光(脉冲宽度ΙΟΟμ s，400-500Hz)可以产生15nm的平均颗粒尺寸， 如图11中针对二氧化铈纳米颗粒所示。图2(a)、(b)和(C)显示了使用锌靶在氧气环境中在大气压下通过脉冲激光烧 蚀而生产的ZnO纳米颗粒。纳米颗粒的平均尺寸为30nm，将ZnO纳米颗粒分散在汽车发 动机油5W30(VolVoline)中。图3(a)和(b)显示了通过铜靶在氧气环境中的烧蚀而生产 的CuO纳米颗粒。图4显示了分散在发动机油5W30 (Volvoline)中的h_BN纳米和微米颗 粒。图5显示了分散在发动机油5W30(VolVoline)中的石墨纳米和微米颗粒。图6显示了 分散在发动机油5W30(VolVoline)中的氧化铝纳米颗粒(平均尺寸30-40nm)。图7显示 了分散在发动机油5W30(VolVoline)中的二氧化硅纳米颗粒(平均尺寸15nm)。图8显示 了分散在发动机油5W30(VolVoline)中的二硫化钼纳米和微米颗粒。图9显示了分散在 发动机油5W30(VolVoline)中的二氧化钛(TiO2)纳米颗粒。图10显示了分散在发动机油 5W30 (Volvoline)中的滑石纳米和微米颗粒。平均尺寸15nm的二氧化铈(CeO2)纳米颗粒 的分散清楚地显示在图11中。为了检验纳米颗粒和微米颗粒在发动机内表面上的作用，模拟了活塞(钢)和缸 壁(铝合金和铸铁)之间的摩擦动作。将用纳米颗粒和微米颗粒处理的发动机油置于钢/ 铸铁和钢/铝表面之间，并模拟活塞/缸壁的相对运动。随着时间研究了纳米和微米颗粒 的平滑化和抛光效应、用于表面硬化的纳米颗粒的嵌入、微米颗粒的分层以及摩擦和磨损 的降低。图12(a)显示了作为铝合金的石墨油处理的处理结果的表面平滑化和抛光效应。 图12(b)以低放大率显示了石墨层的显著覆盖。这可以填充到金属表面上的粗糙处中。随 着处理时间的提高，发生表面的进一步抛光，石墨纳米颗粒的嵌入清楚地显示在图12(c) 中。也存在一些存在于表面上的石墨微米颗粒。因此，石墨油处理导致发动机金属内表面 的抛光(平滑化)从而降低摩擦，并且纳米颗粒的嵌入使表面加工硬化从而降低摩擦以及 磨损。这些显微照片也显示了石墨纳米颗粒的嵌入，这使表面加工硬化从而降低磨损和摩 擦。图13(a)显示了由纳米氧化铝和微米石墨的组合得到的结果，其中清楚显示了抛光效应和刮痕的去除。组合的氧化铝和石墨处理在降低摩擦并形成加工硬化从而显著降低 摩擦和磨损方面是相当有效的。图13(b)以低放大率显示了石墨层的完全覆盖，该作用在 相当有效地使发动机的粗糙表面平滑化并填充沟槽方面是有效的。图13(c)显示了进一步 的抛光，并且显示出氧化铝和石墨的纳米颗粒嵌入近表面区域中，这可以导致表面的硬化。 也有一些存在于表面上的石墨微米颗粒。一些石墨微米颗粒看来已在金属部件的摩擦过程 中被研磨到纳米尺寸范围。这些样品的SEM (扫描电子显微镜)结果显示于图14中。图14(a)和14(b)中的SEM显微照片清楚地显示氧化铝和石墨纳米颗粒嵌入到铝合金的非常光滑的金属表面中。 微米石墨的一小部分具有纳米范围内的尺寸分布。因此，氧化铝和石墨纳米和微米颗粒的 处理看来在降低发动机内部部件的摩擦和磨损方面更有效。用氧化铝纳米颗粒和石墨微米颗粒对铸铁发动机合金的处理结果显示在图15 中。图15(a)显示了粗糙铸铁表面的抛光和石墨对表面上的坑的填充。在提高处理时间 后，表面粗糙的修复和抛光继续进行(图15(b))。在处理10分钟后，得到了抛光的表面以 及石墨和氧化铝纳米颗粒在近表面区域中向铸铁中的嵌入，从而通过近表面加工硬化降低 磨损并改善摩擦(图15(c))。图16显示了嵌入MgO陶瓷中的镍纳米颗粒的电子显微照片。已表明该处理改善 近表面区域的机械性能(硬度和磨损)。纳米颗粒的嵌入能够形成塑性破坏并阻碍位错运 动。这些机制均使表面加工硬化并降低摩擦和磨损。总之，纳米颗粒和微米颗粒通过粗糙 表面的抛光、对坑和沟槽的填充、纳米颗粒的嵌入、表面的平滑化以及界面分层导致摩擦和 磨损的降低。基于h-BN和石墨微米颗粒(尺寸范围0. 5-15 μ m)以及二氧化硅、氧化铝、氧化锌 纳米颗粒(20-40nm)制备了具体的制剂。将氧化铝和二氧化硅纳米颗粒以及石墨和h_BN 微米颗粒以1. 0至10. Owt. %范围内的浓度各自分散到低粘度的矿物油或发动机油中(优 选0W20、5W20、5W30)，对于h_BN或石墨微米颗粒以及二氧化硅、氧化铝或氧化锌纳米颗粒， 总浓度(每 5 美国夸脱油)为 0. 03%,0. 05%,0. 07%,0. 09%,0. 11%,0. 13%和 0. 15%。以下制剂用于5夸脱发动机油⑴制剂NP 1040 具有1.5%、2. 5%、3. 5%、 4. 5%、5. 5%、6. 5%和7. 5%重量的纳米二氧化硅的50mL发动机油，以及具有1. 5%、 2. 5%、3. 5%、4. 5%、5. 5%、6. 5%和7. 5%重量的微米石墨的50mL发动机油。(2)制剂NP 2030 具有 1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%禾口 7. 5%重量的纳米氧化铝的 5OmL 发 动机油，以及具有 1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%和 7. 5%重量的 h-ΒΝ 的 50mL 发 动机油。(3)制剂 NP 2020 具有 1. 5%、2. 5%、3. 5%、4. 5%、5. 5%、6. 5%和 7. 5%重量的 纳米氧化铝的IOOmL发动机油。(4)制剂NP 1030 具有1. 5%、2. 5%、3. 5%、4. 5%、5. 5%、 6. 5%和7. 5%重量的纳米二氧化硅的50mL发动机油，以及具有1. 5 %、2. 5 %、3. 5 %、 4. 5%、5. 5%、6. 5%和7. 5%重量的微米h-BN的50mL发动机油。(5)制剂NP 2040 具有 1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%和7. 5%重量的纳米氧化铝的50mL发动机油，以 及具有1. 5%、2. 5%、3. 5%、4. 5%、5. 5%、6. 5%和7. 5%重量的微米石墨的50mL发动机 油。(6)制剂 NP 1010 具有 1. 5%、2. 5%、3. 5%、4. 5%、5. 5%、6. 5%和 7. 5%重量的纳米 二氧化硅的 IOOmL 发动机油。(7)制剂 NP 3030 具有 1. 5%、2. 5%、3. 5%、4. 5%、5. 5%、 6. 5%和7. 5%重量的纳米h-BN和微米h-BN的IOOmL发动机油。
以下具有ZnO纳米颗粒的制剂用于5夸脱发动机油(8)N27制剂具有1. 5%、 2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%和7. 5%重量的微米石墨溶液的50mL发动机油，以及具 有 1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%和 7. 5%重量的纳米 ZnO 的 50mL发动机油；(9) N27+制剂具有 1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%和 7. 5%重量的微米h-ΒΝ 的 50mL 发动机油，以及具有1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%和7. 5%重量的纳米ZnO的 50mL 发动机油；(10)N02 制剂具有 1. 5%,2. 5%,3. 5%,4. 5%,5. 5%,6. 5%禾口 7. 5%重量 的纳米ZnO的IOOmL发动机油。这些制剂用于不含ZDDP的发动机油，因为ZnO可以与ZDDP 反应并降低其有效性。具有等量的纳米颗粒和微米颗粒(在100ML发动机油中)的具体制剂的总的纳米 颗粒和微米颗粒浓度(以重量％表示)可以为0. 01至1%、1至2%、2至3%、3至4%、4 至5%、6至7%或更高。然而，对于较新的发动机，纳米颗粒含量超过微米颗粒含量，对于较 旧的发动机，微米颗粒含量超过纳米颗粒含量。 发动机油添加剂可以包括共同或分别加入发动机油中的一种或多种材料的纳米 颗粒IOOnm)与一种或多种材料的微米颗粒(彡IOOnm)的组合。这些纳米颗粒可以是纳 米棒、纳米管、纳米带和巴克球的形式。纳米颗粒可以选自相对较硬的材料的集合，例如纳 米金刚石和相关材料、硼、立方氮化硼和相关材料、氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、 氧化钼、氧化锌、氧化镁以及锌-镁氧化物合金。微米颗粒可以选自分层材料，例如石墨、六 方氮化硼、二硫化钼、氧化铝、云母、滑石等。纳米颗粒与微米颗粒的相对分数可以从10至 80%变化，这取决于发动机材料的特征。纳米颗粒可以通过激光合成方法生产。通过使用 该方法，可以形成具有期望的化学组成和窄尺寸分布的纳米颗粒，并且它直接分散到期望 的介质中，从而解决了与纳米颗粒相关的关键的分散问题。可以将微米颗粒以某一浓度和 尺寸范围加入到其中已分散了纳米颗粒的发动机油中。也可以将这些颗粒以1至10% (重 量％ )的浓度分散到基材中，所述基材例如为矿物油、发动机油、合成油如聚烯烃以及单体 聚合物，在发动机油中的最终总浓度为约0. 02至0. 2 %。为进一步改善分散，可以加入某些 表面活性剂。制剂可以包括 这些制剂中的具体的纳米颗粒加微米颗粒浓度优选为1.5%、2.5%、3.5%、 4. 5%,5. 5%,6. 5%和7. 5%，总浓度(每5美国夸脱发动机油)为0. 03%,0. 05%,0. 07%, 0. 09%,0. 11%,0. 13%和 0. 15%。如以上所讨论，纳米颗粒产生精细的抛光效应并嵌入近表面区域中，从而降低摩擦和磨损。微米颗粒产生粗糙的抛光效应并在表面上成层从而降低摩擦和磨损。 使用本文中所述的纳米和微米颗粒处理，可以获得最高达90体积％的二氧化碳 和一氧化碳废气排放的降低。本文中所述的纳米和微米颗粒处理可以将铝合金和铸铁的摩 擦系数从0. 22的典型值降低到0. 01。应当理解，以上说明的是优选实施方案，因此仅仅是制品及其制造方法的代表。可 以理解，经过以上教导，各种实施方案的变型和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。 因此，在不偏离所附权利要求中所述制品和方法的精神和范围的情况下，可以做出示例性 实施方案以及替代性实施方案。
权利要求
润滑剂，其包含硬纳米颗粒，其具有能使该硬纳米颗粒嵌入该润滑剂所润滑的金属表面中的尺寸和硬度；以及软微米颗粒，其具有使其能填充受润滑表面中的空隙的分层结构以及尺寸和组成。
2.权利要求1的润滑剂，其中该润滑剂是发动机油添加剂，并且该纳米颗粒能在发动 机运行过程中抛光并研磨受润滑的金属表面。
3.权利要求1的润滑剂，其中该纳米颗粒为具有5至lOOnm的平均颗粒尺寸的氧化铝、 二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、金刚石、立方氮化硼和氧化钼。
4.权利要求1的润滑剂，其中该微米颗粒为具有1至20y m的平均颗粒尺寸的石墨、六 方氮化硼、硅酸镁(滑石)和二硫化钼。
5.权利要求1的润滑剂，其中该纳米颗粒占纳米颗粒加微米颗粒总含量的10至80%。
6.权利要求3的润滑剂，其中该纳米颗粒和微米颗粒是选自氧化锌、氧化铜、氧化钼、 二硫化钼、石墨、滑石和六方氮化硼的相同材料。
7.权利要求1的润滑剂，其中该纳米颗粒选自氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、 金刚石、立方氮化硼和氧化钼，并且该微米颗粒选自石墨、六方氮化硼、硅酸镁(滑石)和二 硫化钼。
8.权利要求1的润滑剂，其中该纳米颗粒通过脉冲激光合成法生产，并且该纳米颗粒 具有5至lOOnm的尺寸。
9.权利要求1的润滑剂，其中该润滑剂是发动机油添加剂，并且该纳米颗粒和微米颗 粒占该发动机油添加剂的最高达10重量％。
10.含有权利要求9的发动机油添加剂的发动机油，其中该纳米颗粒和微米颗粒在该 发动机油中以最高达1重量％的量存在。
11.权利要求10的发动机油，其中该发动机油为0W20、5W20、5W30或10-30重量发动机油。
12.降低磨损面的摩擦的方法，包括用含有硬纳米颗粒和具有分层结构的软纳米颗粒 的润滑剂润滑磨损面，其中该纳米颗粒能抛光该磨损面，同时至少一些该纳米颗粒嵌入到 磨损面中，并且该分层的微米颗粒能填充磨损面中的空隙。
13.权利要求12的方法，其中该润滑剂是发动机油，并且在铸铁和铝合金磨损面上将 摩擦系数从0. 2至0. 4的范围降低到0. 01至0. 02的范围。
14.权利要求13的方法，其中该发动机油充分降低磨损面的摩擦，从而将燃料效率提 高至少10%。
15.权利要求13的方法，其中该发动机油将发动机的二氧化碳排放降低至少20%。
16.权利要求13的方法，其中该发动机油含有最高达1重量％的纳米颗粒和微米颗粒 在发动机油中的总含量，该纳米颗粒为具有5-lOOnm的平均颗粒尺寸的氧化铝、二氧化硅、 二氧化铈、二氧化钛、金刚石、立方氮化硼和氧化钼，该微米颗粒为石墨、六方氮化硼、硅酸 镁(滑石)和二硫化钼。
17.权利要求13的方法，其中该纳米颗粒和微米颗粒是选自氧化锌、氧化铜、氧化钼、 石墨、滑石和六方氮化硼的相同材料。
18.权利要去13的方法，其中与不使用该发动机油添加剂的相同发动机油相比，该发动机油将二氧化碳和一氧化碳的排放降低至少50%且最高达90%。
19.权利要求1的润滑剂的制造方法，包括通过靶材的脉冲激光烧蚀将硬纳米颗粒分 散于油介质中，以及以1.0至10. 0重量％的浓度将分层的软微米颗粒加入该油介质中。
20.权利要求18的方法，还包括将该油介质加入发动机油中，其中在该发动机油中硬 纳米颗粒和分层的软微米颗粒总重为0. 02至0. 2重量％。
全文摘要
纳米与微米颗粒的组合对发动机的处理提高燃料效率和寿命并降低废气排放。纳米颗粒选自一类硬材料，优选氧化铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化钛、金刚石、立方氮化硼以及氧化钼。微米颗粒选自一类分层结构的材料，优选石墨、六方氮化硼、硅酸镁(滑石)和二硫化钼。纳米-微米组合可以选自相同的材料。这组材料包括氧化锌、氧化铜、氧化钼、石墨、滑石和六方氮化硼。在提出的组合中纳米颗粒与微米颗粒之比随着发动机特征和行车条件而变化。激光合成方法可以用于将纳米颗粒分散到发动机油或其它相容介质中。在发动机油中使用时，纳米与微米颗粒组合可以实现表面形貌的改变，例如平滑化或抛光发动机磨损面，在实际道路条件下在多种车辆(小汽车与卡车)中提高燃料效率最高达35％，改善摩擦系数，并降低废气排放最高达90％。
文档编号C10M171/06GK101842470SQ200880105592
公开日2010年9月22日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月11日
发明者杰格迪什·纳拉扬 申请人:杰格迪什·纳拉扬