(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ潤滑剤組成物であって、
流動性潤滑剤と、
前記潤滑剤に分散された多成分ナノ粒子であって、界面の一部に熱伝導率を向上させる１ｎｍから２５ｎｍの平均粒径を有する第１のナノ粒子成分および界面の一部に剪断をもたらす１０から１００ｎｍの平均粒径を有する第２のナノ粒子成分を含み、前記第２のナノ粒子成分は、前記第１のナノ粒子成分に少なくとも部分的に組み込まれ、前記第１のナノ粒子成分は、前記ナノ潤滑剤の熱伝導率を前記第２のナノ粒子成分より大きな程度で向上させる多成分ナノ粒子と、
を含み、
前記第１のナノ粒子成分は、ダイヤモンドナノ粒子、カーボンナノチューブ、およびこれらの混合物からなる群より選択される、
ことを特徴とする組成物。
【請求項２】
前記第２のナノ粒子成分は、前記第１のナノ粒子成分を少なくとも部分的に被覆することを特徴とする請求項１に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項３】
前記第２のナノ粒子成分は、前記第１のナノ粒子成分を完全に被覆することを特徴とする請求項２に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項４】
前記第２のナノ粒子成分は、前記第１のナノ粒子成分に少なくとも部分的に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項５】
前記第２のナノ粒子成分は、層状構造を有することを特徴とする請求項１に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項６】
前記第２のナノ粒子成分は、
前記第２のナノ粒子成分が丸様形状の場合は、接触表面の平均粗さの０．７倍未満の直径を有し、または
前記第２のナノ粒子成分がフレーク様形状の場合は、その長さが前記接触表面の前記平均粗さの４倍未満である、
ことを特徴とする請求項１に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項７】
前記流動性潤滑剤は、１０から３００センチストークの粘度を有することを特徴とする請求項１に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項８】
前記流動性潤滑剤は、２００から５００センチストークの粘度を有するグリースの形態であることを特徴とする請求項１に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項９】
ナノ潤滑剤組成物であって
粘性潤滑剤と、
多成分ナノ粒子であって、熱伝導率改質ナノ粒子成分および前記熱伝導率改質ナノ粒子成分に少なくとも部分的に組み込まれている摩擦改質ナノ粒子成分を含み、前記熱伝導率改質ナノ粒子成分は、ダイヤモンドナノ粒子、カーボンナノチューブ、およびこれらの混合物からなる群より選択され、１ｎｍから２５ｎｍの範囲の平均粒径を有し、前記ナノ潤滑剤組成物の０．１から５重量％を構成し、前記摩擦改質ナノ粒子成分は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、六方晶窒化ホウ素、グラファイト、およびこれらの混合物からなる群より選択され、１０から１００ｎｍの平均粒径を有し、前記ナノ潤滑剤組成物の０．１から５重量％を構成する、多成分ナノ粒子と、
を含むことを特徴とする組成物。
【請求項１０】
前記摩擦改質ナノ粒子成分は、前記熱伝導率改質ナノ粒子成分を少なくとも部分的に被覆することを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１１】
前記熱伝導率改質ナノ粒子成分は、前記摩擦改質ナノ粒子成分を少なくとも部分的に被覆することを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１２】
前記摩擦改質ナノ粒子成分は、前記熱伝導率改質ナノ粒子成分と少なくとも部分的に絡み合うことを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１３】
前記熱伝導率改質ナノ粒子成分は、２５ｎｍ未満の直径を有することを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１４】
前記摩擦改質ナノ粒子成分は、
前記摩擦改質ナノ粒子成分が概して丸様形状の場合は、接触表面の平均粗さの０．７倍未満の直径を有し、または
前記摩擦改質ナノ粒子成分がフレーク様形状の場合は、その長さが前記接触表面の前記平均粗さの４倍未満である、
ことを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１５】
前記粘性潤滑剤は、１０から３００センチストークの粘度を有することを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１６】
前記粘性潤滑剤は、２００から５００センチストークの粘度を有するグリースの形態であることを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１７】
前記摩擦改質ナノ粒子成分は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、六方晶窒化ホウ素、およびグラファイトからなる群より選択されることを特徴とする請求項９に記載のナノ潤滑剤組成物。
【請求項１８】
ナノ潤滑剤組成物を製造する方法であって、
潤滑油を準備するステップと、
多成分ナノ粒子であって、熱伝導率改質ナノ粒子成分および前記熱伝導率改質ナノ粒子成分に少なくとも部分的に組み込まれている摩擦改質ナノ粒子成分を含み、前記熱伝導率改質ナノ粒子成分は、ダイヤモンドナノ粒子、カーボンナノチューブ、およびこれらの混合物からなる群より選択され、１ｎｍから２５ｎｍの範囲の平均粒径を有し、前記ナノ潤滑剤組成物の０．１から５重量％を構成し、前記摩擦改質ナノ粒子成分は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、六方晶窒化ホウ素、グラファイト、およびこれらの混合物からなる群より選択され、１０から１００ｎｍの平均粒径を有し、前記ナノ潤滑剤組成物の０．１から５重量％を構成する、多成分ナノ粒子を準備するステップと、
前記多成分ナノ粒子を前記潤滑油と合わせるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記摩擦改質ナノ粒子成分を、液体中のアーク放電、酸化還元反応、および化学蒸着からなる群より選択されるプロセスを使用して前記熱伝導率改質ナノ粒子成分に組み込むステップを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般にナノ潤滑剤に関し、より詳細には、摩擦および摩耗改質成分、ならびに、熱伝導率改質成分などの多数のナノ粒子成分から構成されるハイブリッドナノ粒子を含有するナノ潤滑剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年５月２７日出願の米国特許仮出願第６１／４９０，９９６号明細書の利益を主張し、ここでその全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【０００３】
ナノ流体、すなわちナノ粒子流体分散体の概念が、アルゴンヌ国立研究所（Ａｒｇｏｎｎｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）で１９５０年代の中頃に導入された。ミリメートルまたはマイクロメートルのサイズの粒子懸濁剤と比較して、ナノ流体は、一般に、改善された長期安定性、はるかに大きい表面積、ならびに改善された機械、熱およびレオロジー特性を有する。しかし、ナノ流体における最近の研究努力は、主に、水またはエチレングリコール（ＥＧ）に基づいたナノ流体の調製および評価に集中しており、一方、油に基づいたナノ流体の合成についての報告は比較的まれである。
【０００４】
多くのナノ流体は、この提案に対して２つの興味深い異なる特性、すなわち摩擦学的特性（摩擦および摩耗）ならびに熱特性における有意な改善の可能性を提供する。例えば、摩擦学的特性を考慮すると、１９６０年代後半には、平均粒径０．４μｍの二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）を分散した鉱油が試験され、負荷容量の改善および摩耗率の低下が報告された。摩擦学的特性の改善は、こすれ面の間に低剪断局在化膜をもたらす固体潤滑剤ＭｏＳ２のフレークの強力に接着する改質しうる堆積物に起因した。
【０００５】
最近の研究では、無機フラーレン様（ＩＦ）の１５０〜２６０ｎｍの二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）および１００〜１２０ｎｍの二硫化タングステン（ＷＳ２）ナノ粒子を分散した油の摩擦学的特性において著しい改善が報告されている。改善は、低減された酸化によりもたらされたＩＦナノ粒子の化学安定性に起因した。酸化銅、酸化亜鉛、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンなどの金属酸化物、ホウ酸チタン、ホウ酸ランタン、ホウ酸亜鉛およびホウ酸第一鉄を含むホウ酸塩、ならびに硫化モリブデンおよび硫化タングステンなどの硫化物を含む多様なナノ粒子分散体の、潤滑剤に分散されたときの耐摩耗および低摩擦挙動も報告されている。サイズ、形状および濃度などのナノ粒子の特徴は、摩擦学的特性に影響を及ぼすことが示されている。
【０００６】
潤滑剤中に分散されたナノ粒子が低い摩擦および摩耗をもたらす幾つかの機構が、文献において考慮されてきた。これらの機構には、接触圧力によりナノ粒子からの移動した固体潤滑剤膜の形成、接触域における球状ナノ粒子の回転、接触している表面の谷を充填することによる凹凸接触の低減、および接着膜を形成しない、界面におけるナノ粒子の剪断が含まれる。
【０００７】
固体潤滑剤ナノ粒子の役割についての新たな機構が最近提案された。提案された機構によると、油およびグリース中の固体潤滑剤ナノ粒子の一つの役割は、滑り界面に一般的に形成される摩耗凝集塊を分解することである。摩耗凝集塊は、ときに移動した膜と呼ばれ、通常は硬質表面に接着する。摩耗凝集塊を閉じ込めると、接触面積が低減し、次いで垂直接触圧力が増加する。したがって、摩耗凝集塊による合わせ面の掘り起こしが増強される。掘り起こしが増強されると摩擦および摩耗が増加する。摩耗破片凝集塊になる過程およびそれに影響を与える幾つかの要因が文献において考察されている。
【０００８】
ナノ流体への顕著な注目の理由の一つは、これらの増強された熱特性に起因する。熱伝達理論によると、一定のヌッセルト数では、対流熱伝達係数は熱伝導率と正比例する。この観察によって、多くの研究者たちはナノ流体の熱伝導率に焦点を合わせてきた。
【０００９】
幾つかのナノ粒子は、非常に熱伝導性があることが知られている。流体中のナノ粒子の分散は、懸濁液の有効熱伝導率を改善できることが示されている。例えば、幾つかの実験研究は、０．１〜０．５％という非常にわずかの金属または酸化ナノ粒子であっても、分散体の有効熱伝導率が５〜６０％まで増加できることを明らかにした。また、エチレングリコール（ＥＧ）の有効熱伝導率は、平均直径が１０ｎｍ未満の０．３容積パーセントの銅ナノ粒子がそれに分散されるときに４０％まで増加される。潤滑するナノ粒子と組み合わせた熱伝導性ナノ粒子の分散体の使用が、優れた潤滑特性を有するのみならず、過剰な部品摩耗を引き起こしうるホットスポットも軽減または排除する潤滑剤を提供する、優れた熱放散を有する優れた潤滑を提供することは、今まで知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０００３７２１号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｍ．Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎ，Ｎ．Ｓ．Ｓａｘｅｎａ，Ｅ．Ｋａｒａｗａｃｋｉ，ａｎｄ  Ｓ．Ｅ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ：Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｈｅａｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  Ｈｏｔ  Ｄｉｓｋ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ  Ａｎａｌｙｓｅｒ，Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ２３，５６−６５（１９９６）
【非特許文献２】Ｓ．Ｅ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ，”Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｈｏｔ  ｓｔｒｉｐ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ａｎｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ，”Ｔｈｅ  Ｒｉｇａｋｕ  Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．１，２，１９８７
【非特許文献３】Ｍ．Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎ，Ｊ．Ｇｕｓｔａｖｓｓｏｎ，Ｓ．Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ，Ｌ．Ｈａｌｌｄａｈｌ，”Ｒｅｃｅｎｔ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｈｏｔ  ｄｉｓｋ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｓｔａｎｔｓ  ａｎａｌｙｓｅｒ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄｓ，”Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ−Ｈｉｇｈ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅｓ，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１，ｐｐ．４７−５１，２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
Ｈｏｎｇらの特許文献１は、熱伝達流体およびカーボンナノ粒子チューブを、潤滑する組成物の一部として含むナノ流体を記載する。Ｈｏｎｇらは、熱伝導性および高温抵抗性を増強するため、カーボンナノチューブを固体熱伝達媒体として使用するナノグリースを記載する。しかし、Ｈｏｎｇらは、潤滑の複数の機能性および熱放散を実施する、多数のナノ粒子成分から形成されるものなどのハイブリッド組み込みナノ粒子を対象にしていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ナノ潤滑剤組成物が記載され、ここで前記潤滑剤組成物は、流動性油またはグリースに分散された多成分ナノ粒子を有する前記流動性油またはグリースを含む。前記多成分ナノ粒子は、界面の一部に熱伝導を実施する第１のナノ粒子成分および界面の一部に剪断を実施する第２のナノ粒子成分を含む。重要な態様において、前記第２のナノ粒子成分は、前記第１のナノ粒子成分に少なくとも部分的に組み込まれている。前記第１のナノ粒子成分は、前記ナノ潤滑剤組成物の熱伝導率を前記第２のナノ粒子成分より大きな程度に向上させる。
【００１４】
前記第１のナノ粒子は、前記熱伝導率を前記第２のナノ粒子成分より大きな程度に向上させることができるが、前記第２のナノ粒子成分も、前記熱伝導率を前記第１の粒子より大きな程度に向上させることができる。重要な態様において、前記第１のナノ粒子成分は組み込まれた前記多成分粒子のコアであり、前記第２のナノ粒子成分は前記第１のナノ粒子成分を少なくとも部分的に被覆するか、または前記第１のナノ粒子成分を完全に被覆する。別の態様において、前記第２のナノ粒子成分は前記第１のナノ粒子成分に少なくとも部分的に埋め込まれているか、または完全に埋め込まれている。別の態様において、前記第１のナノ粒子成分は、ダイヤモンドナノ粒子、カーボンナノチューブ、銀、銅、窒化アルミニウムおよびこれらの混合物からなる群より選択され、前記第２のナノ粒子成分は層状構造を有する。一般に、前記第１のナノ粒子成分は、約１ｎｍから約２５ｎｍの範囲の平均粒径を有する。
【００１５】
更に、なお別の重要な態様において、前記ナノ潤滑剤組成物の前記熱伝導率を実施する前記第１のナノ粒子成分は、一般に約１ｎｍから約２５ｎｍの範囲の平均粒径を有し、前記ナノ潤滑剤組成物の約０．１から約５重量％を構成し、剪断を実施する前記ナノ粒子は、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、六方晶窒化ホウ素およびグラファイトからなる群より選択され、約１０から１００ｎｍの平均粒径を有し、前記潤滑剤組成物の約０．１から約５重量％を構成する。
【００１６】
更に、前記ナノ潤滑剤組成物において、剪断を実施する球状の前記ナノ粒子成分は、接触表面の平均粗さの約０．７倍未満の直径を有する。前記第２のナノ粒子成分が丸様形状でない場合、その長さは前記接触表面の平均粗さの約４倍未満である。
【００１７】
また本明細書に記載されているものは、潤滑油またはグリースの前記熱伝達特性および前記潤滑特性を、上記に記載された前記一体型のナノ粒子と油またはグリースとの混合により同時に改質する方法である。
【００１８】
更に、前記一体型のナノ粒子を作製する方法も本明細書において記載される。
【００１９】
一つの例において、ナノ潤滑剤／流体は、現在用いられている内燃機関およびトランスミッションにおける潤滑剤と比較して、改善された摩擦学的特性および向上された熱伝達率を同時に示す。手法は、所望のナノ潤滑剤特性を得るために、ベースオイル、摩擦および摩耗改質（ＦＷＭ）ナノ粒子、ならびに熱伝達率改質（ＴＣＭ）ナノ粒子からなるハイブリッド系を導入することである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】固体潤滑剤粒子が摩耗凝集塊に貫入して摩耗凝集塊の分解を引き起こす、一つの提案された機構を表す図である。
【図２】異なる濃度のＭｏ２Ｓナノ粒子を有するナノ潤滑剤の使用による鋼鉄表面の摩耗を表すグラフである。
【図３】（ａ）は、ハイブリッドナノ粒子の一つの形態を表す図である。（ｂ）は、ハイブリッドナノ粒子の別の形態を表す図である。
【図４】対照潤滑剤およびナノ潤滑剤を含む潤滑剤の傷跡直径に対する接触応力を示すグラフである。
【図５】摩耗量を決定する球による測定を示す描写である。
【図６】増加量のダイヤモンドナノ粒子が潤滑剤に導入されたときの熱伝導率向上を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
異なる材料および特性の多数のナノ粒子成分を含有するものなどのハイブリッドナノ潤滑剤を作り出して、多様な生成物における使用のために単一多成分ナノ粒子を提供することができる。例えば、一つのそのような生成物は、１つまたは複数の異なる形態のハイブリッドナノ粒子をナノ潤滑剤に使用して、内燃機関およびトランスミッションに現在使用されている潤滑剤と比較して摩擦学的特性を改善し、熱伝導率を向上させる。更に、そのような手法は、切削抵抗（ｃｕｔｔｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）の低減、工具摩耗の低減および切断面からの素早く逃げる熱伝達に起因して切断工具の寿命を改善することができるナノ潤滑剤を生成することができる。
【００２２】
上記に示されたように、ハイブリッドナノ粒子は、２つまたは複数の異なるナノ粒子成分を含有することができる。換言すると、ナノ粒子成分の２つまたは複数の異なる種類、形態、組成物などがハイブリッドナノ粒子に含まれうる。多数の成分を、ナノ粒子成分のうちの１つの少なくとも一部が第２のナノ粒子成分と化学的に結合する、そうでなければ絡み合うように、組み合わせたハイブリッドナノ粒子に中に組み込むことができる。例えば、ナノ粒子成分のうちの１つが別のナノ粒子成分を少なくとも部分的に被覆する、または完全に被覆することができる。別の例では、ナノ粒子成分のうちの１つが別のナノ粒子成分と別の方法で化学的に結合する、または絡み合うことができる。
【００２３】
ハイブリッドナノ粒子に使用されるナノ粒子成分の異なる種類、形態、組成物などに応じて、ハイブリッドナノ粒子は、ハイブリッドナノ粒子がそれぞれのナノ粒子成分の機能的特長を有することができるように機能化されると考慮することができる。例えば、ハイブリッドナノ粒子は、摩擦および摩耗改質成分と熱伝導率改質成分から、ハイブリッドナノ粒子がこれらの機能性のそれぞれを含むように構成されうる。得られたナノ潤滑剤の沈降を有さない貯蔵寿命、色および費用が含まれるが、これらに限定されない他の機能性およびナノ粒子成分も考慮される。
【００２４】
ハイブリッドナノ粒子は、望ましい場合、ナノ粒子成分の任意の数の異なる種類、形態、組成物などを含んで、他の生成物に組み込むことができる多様な特別な機能性を提供することができる。例えば、一つの形態において、ナノ潤滑剤は、エンジン油またはトランスミッションオイルなどのベースオイルを使用して作り出すことができ、これはハイブリッドナノ粒子を更に含む。一つの形態において、ハイブリッドナノ粒子は、摩擦および摩耗改質（ＦＷＭ）成分および熱伝導率改質（ＴＣＭ）成分が含まれる、これらに限定されない２つまたは複数の異なるナノ粒子成分を含むことができる。
【００２５】
一つの形態において、ＦＷＭ成分は、凸凹接触レベルで容易な剪断をもたらす層状分子構造の固体潤滑剤でありうる。例えば、ＦＷＭ成分は、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、二硫化タングステン（ＷＳ２）、六方晶窒化ホウ素（ｈＢＮ）、グラファイトまたは特に高温での優れた固体潤滑特性が十分に確立されている、層状構造を有する他の材料でありうる。
【００２６】
潤滑剤に分散されている固体潤滑剤ナノ粒子は、摩耗凝集塊の層間に貫入し、弱い剪断面を形成する。したがって凝集塊は容易に分解し、したがって掘り起こしが少なくなり、摩擦および摩耗が低減される。機構は図１に概略的に描かれている。この機構に基づくと、ナノ粒子の形状は、これらの剪断がこれらを有効にするので、ナノ潤滑剤の摩擦学的特性において有意な役割を果たさないことが注目される。そのような機構は、ハイブリッドナノ粒子において更なるナノ粒子成分と組み合わされたときに有益な機能を提供することができる。
【００２７】
ハイブリッドナノ粒子中のＦＷＭ成分の濃度を望ましいように変えることができる。例えば、一つの形態において、ＦＷＭ成分の濃度は、費用を最小限にするためであり、同時に有意な摩耗改善をもたらすために０．１〜５重量％である。しかし、濃度を望ましいように増加することができる。
【００２８】
摩耗データが、ナノ潤滑剤中の多様な濃度の二硫化モリブデンについて図２に示されている。鋼鉄／鋼鉄対の摩耗における著しい低減が、ナノ粒子で改質された板金作動流体を使用したときに観察された。ピンオンディスク（ｐｉｎ−ｏｎ−ｄｉｓｃ）摩擦計を使用して、４４０Ｃ鋼鉄球を鋼鉄ディスク（ＡＭＳ５５１８）に１Ｇｐａの接触応力でこすりつけた。最大の摩耗低減は、４％粒子濃度および７０〜１００ｎｍの平均粒径のときであった。しかし、０．５％の粒子濃度のナノ潤滑剤も、３３％の摩耗の低減を示した。
【００２９】
ＦＷＭナノ粒子成分を使用する第一の目的は摩擦および摩耗を低減することであるが、ＦＷＮは、ベースオイルと比較して高いこれらの熱伝導率のために、ナノ潤滑剤の熱伝導率を増加することもできることが注目されるべきである。
【００３０】
一つの形態において、ＴＣＭ成分は、ベースオイルよりも数桁高い熱伝導率を有する材料から選択することができる。例えば、そのようなＴＣＭ成分は、ダイヤモンドナノ粒子およびカーボンナノチューブを含むことができるが、これらに限定されない。他のナノ粒子を、改善された熱伝導率機能性を提供するＴＣＭ成分として選択することもできる。
【００３１】
対応するナノ粒子成分のサイズを望ましいように変えることもできる。特定の形態において、ハイブリッドナノ粒子および／または個別のナノ粒子成分のサイズは、ハイブリッドナノ粒子の機能性において重要な役割を果たす。
【００３２】
一般に、１０〜１００ナノメートルの平均サイズを有するＦＷＭナノ粒子を使用することができ、一般に、接触される表面の粗さにより決定される。ＦＷＭナノ粒子のアスペクト比は、球状のものであり、フレーク様粒子では１０００の高さである。
【００３３】
熱伝導率成分として、熱伝導率は、小さいサイズのナノ粒子ほど高いことが通常理解される。この挙動は、熱エネルギー伝達が表面積に依存し、同じ容積濃度のより小さい粒子が熱エネルギーの伝達のためより大きな表面積を提供するので直観的に正しい。この主張は、文献に報告された実験データと相関することによって確認され、このことは、ナノ流体の熱伝導率がナノ粒子の直径に反比例することを示す。
【００３４】
一般に、ＴＣＭナノ粒子のナノ粒子サイズは、ＦＷＭナノ粒子のサイズよりもかなり小さくなるように選択される。例えば、３〜５ｎｍの直径を有するダイヤモンドナノ粒子を使用することができ、一方、５〜２５ｎｍの直径および５０〜１０００ｎｍの長さを有するカーボンナノチューブを使用することができる。ナノ潤滑剤にＦＷＭナノ粒子よりも小さいＴＣＭナノ粒子を有することが、２つの理由から一般に望ましい。第１には、こすれ面におけるＦＷＭナノ粒子の微量な沈降の場合、これらは凸凹レベルの容易な剪断をもたらすこと、ならびに摩擦および摩耗を低下することに依然として有効である。このことは、ＴＣＭナノ粒子では、これらの沈降がナノ潤滑剤の熱伝導率を直ぐに低減するので当てはまらない。第２には、熱伝導率に関して、ナノ粒子が小さいほど、ナノ潤滑剤の熱伝導率のより大きな向上をこれらの表面積の増加に起因して達成することができる。しかし、このことは、固体潤滑剤ナノ粒子の有効性が、これらのサイズが数ナノメートル未満である場合、有意に低減されるので、ＦＷＭナノ粒子には当てはまらない。ＴＣＭナノ粒子のアスペクト比は、球状のものであり、フレーク様粒子では１００の高さである。
【００３５】
ハイブリッドナノ粒子は、多数の異なる方法で製造することができる。例えば、ナノ粒子成分を、機械式ボールミル粉砕、液体中のアーク放電、溶液中の酸化還元反応、化学蒸着などが含まれるが、これらに限定されないようなプロセスにおいて組み合わせることができる。方法は、異なるナノ粒子成分および特性に適応するために必要に応じて変更することができる。
【００３６】
上記に示されたように、得られたハイブリッドナノ粒子は、第１のナノ粒子成分を第２のナノ粒子成分に組み込むことを含むことができる。そのような組み込みは、絡み合い、被覆、部分被覆などを含むことができる。例示的なハイブリッドナノ粒子が、図３（ａ）および３（ｂ）に示されており、それぞれＦＷＭ成分およびＴＣＭ成分を含む。図３（ａ）に示されているように、ＦＷＭ成分はシェルを形成し、コアのＴＣＭ成分を完全に被覆している。図３（ｂ）では、ＦＷＭ成分はＴＣＭ成分に部分的なシェルを形成する。ＴＣＭ成分がＦＷＭ成分にシェルまたは部分シェルを形成するように、ＦＷＭおよびＴＣＭ成分を逆にできることが理解されるべきである。
【００３７】
ハイブリッドナノ粒子を、多様な種類の潤滑剤に使用することができる。この点において、潤滑剤またはベースオイルは、多様な周知のベースオイルを含むことができる。例えば、潤滑油は、有機油、石油蒸留物、合成石油蒸留物、植物油、グリース、ゲル、油溶性ポリマーおよびこれらの組み合わせを含むことができる。潤滑剤は多種多様な粘度を有する。例えば、潤滑剤が油である場合、粘度は約１０から３００センチストークの範囲でありうる。別の形態において、潤滑剤は約２００から５００センチストークの粘度を有するグリースである。
【００３８】
ナノ潤滑剤は、望ましい場合、他の成分を含むこともできる。例えば、潤滑剤成分およびハイブリッドナノ粒子に加えて、ナノ潤滑剤は界面活性剤を含むこともできる。一つの形態において、油に分散する前に、全てのハイブリッドナノ粒子の表面は、ナノ流体の全体的な仕様に応じて適切な頭基のサイズおよび尾の長さを有する界面活性剤で被覆される。あるいは、界面活性剤をハイブリッドナノ粒子と別にナノ潤滑剤に加えることができる。界面活性剤は、オレイン酸、ジアルキルジチオホスフェート（ＤＤＰ）、リン酸およびカノーラ油を含むことができるが、これらに限定されない。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
実施例１では、対照ベースオイルおよびハイブリッドナノ潤滑剤を含有する油の極圧（ＥＰ）試験を実施した。より詳細には、試料Ａは、１０Ｗ３０ベースオイル、平均粒径が３〜６ｎｍの０．１重量％のダイヤモンドナノ粒子および平均粒径が７０〜１００ｎｍの２％のＭｏＳ２ナノ粒子からなるハイブリッドナノ潤滑剤であった。対照は、ナノ粒子を全く有さない純粋な１０Ｗ３０ベースオイルであった。
【００４０】
試験は、四球試験機を使用してＡＳＴＭ  Ｄ２８７３に従って実施した。球試験体は、表面粗さが２５ｎｍのＡＩＳＩ  ５２１００鋼鉄であった。ハイブリッドナノ潤滑剤を含む試料Ａは、純粋な１０Ｗ３０ベースオイルの対照と比較して有意な摩擦学的改善を生じた。例えば、図４に示されているように、ハイブリッドナノ潤滑剤の使用は、はるかに高い負荷容量およびより小さな摩耗傷跡直径をもたらした。プロットにおいて、ヘルツ線は、摩耗のない球の理想的な弾性変形に基づいた接触領域の直径を表す。
【００４１】
一定応力の５．８９ＧＰａでは、球の焼付きおよび完全な溶接が、１０Ｗ３０ベースオイルが潤滑剤であったときに生じた。この接触応力およびより高い接触応力では、ハイブリッドナノ潤滑剤が使用されたとき、球は焼付かなかった。
【００４２】
これらの結果を使用して、対応する潤滑剤の摩耗量および傷跡直径を比較した。図５に示されている半径Ｒの球状の球では、摩耗量Ｖｗｅａｒは、以下の関係式を介して摩耗傷跡直径（２ｒ）に関連する：
【００４３】
【数１】
0006016897.tif 000002
【００４４】
基準ｈは、以下の方程式により定義される：
【００４５】
【数２】
0006016897.tif 000003
【００４６】
関係が線状ではないので、摩耗傷跡直径の変化率の結果としての摩耗量の変化率を、実施例１のヘルツ接触応力の値について下記の表に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
ダイヤモンドナノ粒子を含めることは潤滑剤組成物の摩耗性能を損なわないことが、実施例１の結果から注目されるべきである。
【００４９】
（実施例２）
実施例２では、ハイブリッドナノ粒子の熱伝導率を対照と比較した。より詳細には、試料Ｂは、１０Ｗ３０ベースオイル、平均粒径が３〜６ｎｍの多様な量のダイヤモンドナノ粒子および平均粒径が７０〜１００ｎｍの２％のＭｏＳ２ナノ粒子からなるハイブリッドナノ潤滑剤であった。対照は、ＭｏＳ２ナノ粒子を全く有さない純粋な１０Ｗ３０ベースオイルであったが、平均粒径が３〜６ｎｍの多様な量のダイヤモンドナノ粒子を有した。
【００５０】
ホットディスク測定技術を使用して、２５℃の環境下で組成物を比較した。試験では、ホットディスク熱定数分析機（Ｈｏｔ  Ｄｉｓｋ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）系を使用して、試料の伝達特性（すなわち、熱伝導率および熱拡散率）を測定した。この方法は、ＡＣ結合回路を介した一連の方形波が、熱源としても、基材の温度増加のセンサーとしても作用するホットストリップに適用される手順に基づいている。固体および流体の熱伝導率および拡散率を測定するこの技術の詳細は、（１）非特許文献１；（２）非特許文献２および（３）非特許文献３において見出すことができる。試験は、ＴｈｅｒｍＴｅｓｔにより製造されたＴＰＳ−５００  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｈｅｒｍｔｅｓｔ．ｃｏｍ／）を利用した。適用電力は０．１５ワットであり、試験時間は５秒間であった。２ミリリットルの容積の流体を、試験チャンバーにおける試験試料体として使用した。
【００５１】
図６に示されているように、ダイヤモンドナノ粒子の率が増加すると、ハイブリッドナノ潤滑剤の熱伝導率は線状に増加する。また、ハイブリッドナノ潤滑剤中のＭｏＳ２ナノ粒子の存在は、向上された熱伝導率をもたらす。
【００５２】
前述の記載および添付の図面に記載された事項は、説明のためだけに提供され、制限のために提供されていない。特定の実施形態が示され記載されてきたが、変更および修正を出願者の寄与のより広義な態様から逸脱することなく行えることが、当業者には明白である。追求される保護の実際の範囲は、従来技術に基づいた正確な視点から見たとき、以下の特許請求の範囲に定義されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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