杭州电子科技大学/中国计量大学:具有耐磨性和非接触式实时温度传感的光致发光涂层
2025-11-28 16:18:21 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

流体机械(如泵、压缩机和电机)在运行过程中常常因为摩擦和温度变化而发生不可预测的故障。例如,内部永磁体过热会导致不可逆退磁,影响机械的效率和可靠性。同样,在高扭矩操作下由摩擦引起的高温故障也会带来重大风险,包括制动系统失灵。传统的温度传感器(如热电偶)在摩擦条件下往往既笨重又不可靠。这些局限性凸显了对坚固、耐磨的非接触式实时温度传感技术的迫切需求。

近年来,碳点(CDs)因其可调的光致发光(PL)、高光稳定性和分散性,已成为光学测温的有前景的候选材料。然而,液态CDs不适用于机械表面(如摩擦界面)的温度传感,而固态CDs则因非辐射跃迁导致荧光减弱。为解决这一问题,研究人员通常将CDs嵌入到聚乙烯醇等聚合物基质中,用于固态温度传感,但这些复合材料仍无法满足流体机械的耐磨性要求,从而限制了其在该领域的应用。

目前,一些先进的表面涂层具有一定的耐磨性,但不具备温度依赖的荧光响应性聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能工程聚合物,广泛应用于耐磨涂层,这得益于其优异的热稳定性、自润滑性、机械强度和化学稳定性。为了提高其抗摩擦性能并降低磨损,可以采用激光氧化、碳化以及添加MoS2改性PBO纤维、碳纤维、石墨或特氟龙等材料的方法。然而,这些改性仅能提高摩擦性能,而不会增加新的功能。值得注意的是,关于碳点(CDs)用于减磨的研究主要集中在提高液体润滑性能上。通过将PEEK与智能传感CDs相结合,并保留其优异性能,可以实现新的功能。

近期,杭州电子科技大学许静团队中国计量大学谢杭清团队采用喷涂和烧结工艺,成功开发了一种具有非接触式实时温度传感和优异耐磨性的光致发光复合涂层

将碳点(CDs)与聚醚醚酮(PEEK)相结合,通过喷涂烧结工艺在304不锈钢表面制得CDs@PEEK涂层。

所制备的涂层具有温度响应荧光特性,在50-120°C范围内荧光强度呈线性下降,灵敏度为0.769 %°C−1 ,并且在五个循环后具有98.01%的优异重现性。该涂层还具有优异的摩擦学性能摩擦系数(COF)为0.169±0.004,低于PEEK(0.178±0.008)和不锈钢(0.335±0.005);磨损率为0.00548±0.00010mm2,比PEEK低4.0%,比不锈钢低64.6%,耐磨性显著提高。此外,该涂层在反复加热、摩擦和煮沸后仍能保持稳定的荧光特性和温度传感能力。

本研究制备的多功能涂层具有优异的耐磨性和可视温度监测功能,在智能流体机械领域具有广阔的应用前景。



示意图













CDs@PEEK涂层的制备及温度传感示意图。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Photoluminescent CDs@PEEK coating for wear-resistant and weather-resistant thermometer”为标题发表在《Carbon》上。

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