石墨烯作为二维碳材料，因其优异的力学性能、导热性能和化学稳定性，近年来被逐步引入到润滑油（机油）体系中。其核心目标是解决发动机等机械设备在高负荷、高温和长寿命运行过程中面临的摩擦与磨损问题。本文将结合已有研究数据与产业实践，系统解析石墨烯机油的润滑机理、性能提升途径与应用前景。

一、石墨烯在机油中的作用原理

减摩与抗磨机理

层间滑移效应：石墨烯由碳原子以sp²杂化形成的蜂窝状二维结构，其片层间以范德华力结合，能够在摩擦界面实现低剪切滑移，从而降低摩擦系数。

表面修复效应：石墨烯在摩擦界面易于沉积，形成保护性润滑膜，减缓金属接触表面的直接磨损。

纳米滚动效应（部分研究提出）：片层石墨烯在界面间起到类似滚动轴承的作用，使摩擦副之间的相对运动更加平稳。

导热与散热性能石墨烯的理论导热系数高达5000 W/m·K（远超铜与铝），在润滑油中分散均匀后，可帮助加快发动机局部摩擦热的传导与扩散，从而降低局部过热引起的油品劣化。

抗氧化与稳定性石墨烯对自由基有较强的捕获能力，能延缓润滑油在高温下的氧化反应，从而延长机油使用寿命。

二、石墨烯机油的研究进展与数据参考

摩擦系数降低效果

根据《Tribology International》（2020）的报道，0.05 wt% 石墨烯添加到基础油中，可将摩擦系数降低20%–30%。

另一项由中国石油大学团队完成的实验表明，在模拟发动机摩擦副测试中，石墨烯添加剂能显著降低磨斑直径，抗磨效果优于传统二硫化钼（MoS₂）。

热稳定性改善

实验数据显示，石墨烯纳米片可延缓润滑油在200℃以上的粘度下降趋势，表现出良好的高温稳定性。

这对于涡轮增压、高压缩比发动机尤为关键，因为传统机油在高温下易发生油膜失效。

添加量的影响

多数实验表明，石墨烯在0.01%–0.1%（质量分数）范围内效果最佳。过量添加会导致团聚，反而破坏油膜连续性，导致摩擦系数上升。

因此，分散性是石墨烯机油研发的核心挑战之一。

三、工程应用中的挑战

分散性难题石墨烯片层易团聚沉降，若分散不均匀，不仅降低润滑效果，还可能堵塞过滤系统。工业上常通过以下方式解决：

使用表面改性石墨烯（羧基化、氨基化等）；

制备石墨烯分散液或母液，避免干粉直接加入；

借助高分子分散剂或表面活性剂稳定悬浮体系。

成本与规模化问题高质量石墨烯的制备仍然成本较高。虽然氧化还原法、液相剥离法能批量生产，但如何在性能与成本之间取得平衡，是产业化的关键。

标准与验证缺失目前，关于“石墨烯机油”的行业标准尚未建立，不同厂家采用的石墨烯类型、浓度、工艺差异较大。部分产品的宣传存在夸大成分或效果的情况，给市场带来混乱。

四、应用前景与发展方向

高端发动机润滑随着新能源汽车、混合动力及高性能燃油车的普及，对机油的抗磨、散热与环保性能提出更高要求。石墨烯机油在这些应用中有潜力替代部分传统添加剂。

绿色环保型润滑剂石墨烯作为碳基材料，其环境相容性较好，有望在可降解润滑剂中发挥作用，推动绿色润滑剂发展。

复合添加剂协同石墨烯可与ZnDTP（二烷基二硫代磷酸锌）、MoS₂等传统添加剂协同作用，实现更优的抗磨和抗氧化性能。未来研究将更多关注“石墨烯+其他添加剂”的多元复配设计。

结语

石墨烯机油并非简单的“黑科技噱头”，其减摩、抗磨和散热机理已有较为充分的实验数据支持。但要实现真正的产业化突破，还需要解决分散性、成本控制与标准化验证等关键问题。随着制备工艺成熟与应用场景拓展，石墨烯有望成为下一代高性能润滑剂的重要功能添加剂。