一種石墨烯/氮化碳量子點(diǎn)復(fù)合納米材料及潤滑油摩擦改善劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于潤滑油技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯/g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米粒子及制 備方法，及其作為摩擦改善劑在潤滑油中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料表面與界面的摩擦?xí)p耗大量的機(jī)械能，而磨損則是機(jī)械零件失效的一個(gè)重 要原因。每年由于摩擦造成機(jī)械零件失效的經(jīng)濟(jì)損失占世界1/3的一次性能源。如何減少 摩擦磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失是一個(gè)重大社會經(jīng)濟(jì)效益的課題。
[0003] 在機(jī)械運(yùn)動過程中，潤滑油起到降低摩擦、減小磨損、冷卻降溫、防止腐蝕、絕緣、 清洗、密封的作用，是機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的血液。而潤滑油添加劑是潤滑油的關(guān)鍵部分，可以彌補(bǔ)基 礎(chǔ)油的不足，極大改善潤滑油的性能。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，將納米粒子經(jīng)過表面修飾用于 潤滑油添加劑。研究發(fā)現(xiàn)，添加納米粒子潤滑油的極壓性能有了很大的提高，而且還可以明 顯的降低摩擦系數(shù)。
[0004] 石墨烯作為潤滑劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的潤滑劑，是利用固體物化性質(zhì)受溫度、壓力變化影 響較小的特點(diǎn)，將石墨烯添加到潤滑油中，發(fā)揮其納米材料特有的物化性能，在潤滑油中起 到承壓骨架的作用，石墨烯可部分滲到摩擦金屬表面，改變表面結(jié)構(gòu)，使其硬度發(fā)生變化， 提高抗氧化、抗腐蝕及抗磨性能。未滲入金屬表面的石墨稀填充在摩擦表面的凹凸處，提高 摩擦面的承載面積，以降低摩擦系數(shù)，提高承壓能力。
[0005] 新近一種世界上最硬的新材料一一氮化碳（C3N4)問世，迅速引起全世界科學(xué)界和 工程技術(shù)界的強(qiáng)烈反響和巨大震動。里程碑式的工作提出后，其中的類石墨相g-C3N4迅速 成為了化學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。研究者注意到，這種材料是一種層狀化合物，每一層 是由C-N共價(jià)鍵形成的原子層，再層層堆垛，就形成所謂的石墨相氮化碳。由于層與層之間 是弱的范德華力，這種力很容易被打破。g-C3N4特有的類石墨的層狀結(jié)構(gòu)，不僅帶來了較大 的比表面積，也成為固體潤滑劑研究領(lǐng)域的一個(gè)新材料，特別是g-C3N4量子點(diǎn)與石墨烯的 復(fù)合，增強(qiáng)石墨烯層間的分散性以及潤滑油的穩(wěn)定性，而且作為固體潤滑劑g-C3N4量子點(diǎn) 的超強(qiáng)硬度也為其增強(qiáng)油膜強(qiáng)度，繼而增加其抗磨減磨性能。
[0006] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有基礎(chǔ)潤滑油的諸多缺陷與不足，提供了一種石墨烯/C3N 4復(fù)合摩擦改善劑及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)潤滑油應(yīng)用中存在的問題以及市場成品潤滑油添加劑的局限性， 本發(fā)明公開一種石墨烯/g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米粒子的制備方法及其在成品潤滑油中的應(yīng) 用，本發(fā)明制備的石墨烯/g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米粒子添加到市售的成品潤滑油中化學(xué)穩(wěn) 定性好，具備優(yōu)良的潤滑和抗磨性能。
[0008] -種石墨烯與g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料，由多層石墨烯與g-C 3N4量子點(diǎn)復(fù)合制 備而成，多層石墨稀與g_C3N4量子點(diǎn)的質(zhì)量比為0. 5-20:1。
[0009] 進(jìn)一步的，所述g_C3N4量子點(diǎn)的粒度蘭15nm。
[0010] 進(jìn)一步的，所述多層石墨烯由化學(xué)氧化法制備，層數(shù)為10-50層。
[0011] 本發(fā)明的一種石墨稀與g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料的制備方法，步驟如下：
[0012] 1)稱取三聚氰胺，加入醋酸攪拌，然后烘干，將烘干物置于加蓋坩堝中，置于馬弗 爐中煅燒，冷卻至室溫，得到多孔類石墨相g_C3N4;
[0013] 2)將g_C3N4用去離子水溶解，超聲剝離；
[0014] 3)在g_C3N4水溶液中加入剝離劑、多層氧化石墨稀，攪拌得到混合液；
[0015] 4)將混合液加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，剝落g_C3N4納米層；
[0016] 5)將冷卻后混合液速離心，取離心后的沉淀物質(zhì)，用乙醇和去離子水的混合液反 復(fù)離心，洗滌，得到本發(fā)明的石墨烯與g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料。
[0017] 進(jìn)一步的，步驟1)中所述三聚氰胺與醋酸的質(zhì)量比為1-10:15。
[0018] 進(jìn)一步的，步驟3)中所述剝離劑為濃氨水或尿素；所述g_C3N4水溶液與剝離劑的 體積比為10:2-5。
[0019] 進(jìn)一步的，步驟4)中所述水熱反應(yīng)的溫度為140_160°C，時(shí)間為8-10h。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種潤滑油摩擦改善劑，組分及重量份為：權(quán)利要求1所述的石 墨烯/g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米粒子0. 001-0. 02份，分散劑10-80份，改進(jìn)劑1-10份，基礎(chǔ)油 1-10 份。
[0021] 進(jìn)一步的，所述分散劑為油酸、斯盤-80或吐溫；所述改進(jìn)劑為油酸甘油酯、二烷 基二硫代硫酸鉬或硬脂酸。
[0022] 所述的一種潤滑油摩擦改善劑的制備方法，是按比例稱取各組分，通過高速分散 法混合，然后超聲混合，即得到本發(fā)明的潤滑油摩擦改善劑。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將片狀石墨烯與球形碳化氮量子點(diǎn)復(fù)合，制備納米復(fù) 合材料，不僅有效整合二者的在形貌上的優(yōu)勢，極大提高潤滑油的抗磨減摩及極壓性能，而 且球形碳化氮量子點(diǎn)負(fù)載在石墨烯片層上面，減小了石墨烯片層間的范德華力，從而增加 石墨烯復(fù)合材料在基礎(chǔ)潤滑油之間的分散性、穩(wěn)定性。因此本發(fā)明制備的潤滑油添加劑分 散性好，添加到到市售潤滑油中，抗氧化能力、耐磨性能明顯提高，摩擦改善效果優(yōu)異；高溫 使用過程中揮發(fā)性小，減少油泥和積碳；制備過程簡單，降低了成本。
【附圖說明】
[0024] 圖1本發(fā)明的多層石墨烯與g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料的XRD圖；
[0025] 圖2本發(fā)明的多層石墨烯與g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料的SEM圖；
【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明所述一種石墨烯與g_C3N4 (類石墨相C3N4)量子點(diǎn)復(fù)合納米材料由多層石墨 稀與g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合制備而成，多層石墨稀與g-C 3N4量子點(diǎn)的質(zhì)量比為0. 5-20:1。
[0027] 其中所述g_C3N4量子點(diǎn)的粒度小于15nm ;所述多層石墨烯由化學(xué)氧化法制備，層 數(shù)在10-50層。從摩檫學(xué)角度來說，10-50層石墨烯的摩擦系數(shù)相比較于單層石墨烯的更 ?。欢覐慕?jīng)濟(jì)角度考慮，10-50層的石墨烯相比單層成本較低，性價(jià)比較高；從穩(wěn)定性方 面考慮，石墨烯層數(shù)過多容易團(tuán)聚、沉淀，所以大于50層的石墨烯不適用于本發(fā)明。
[0028] 所述多層石墨稀與g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料的制備方法，步驟如下：
[0029] 1)稱取三聚氰胺加入醋酸攪拌20_40min，然后烘干，將烘干物置于加蓋坩堝中然 后置于馬弗爐中，600-700°C煅燒l_2h，冷卻至室溫，得到黃色的多孔類石墨相g-C3N4;所述 三聚氰胺與醋酸的質(zhì)量比為1-10:15。
[0030] 2)稱取0. 1-0. 5g所述g_C3N4，加去離子水溶解，轉(zhuǎn)移入100mL容量瓶中定容，超聲 剝離 12-24h，得到 0. 001-0. 005g/mL 的 g-C3N4溶液。
[0031] 3)在g-C3N4溶液中加入20mL-50mL剝離齊丨」，和0. Ι-lg多層氧化石墨稀， 2500-4000r/min高速攪拌20-30min，將氧化石墨稀充分溶解得到混合液。
[0032] 本發(fā)明中的剝離劑優(yōu)選為濃氨水，其作用是分散于g_C3N4層間，在反應(yīng)釜高溫高 壓的環(huán)境下形成納米氣泡，氣泡膨脹產(chǎn)生的力抵消層間范德華力，有效剝落納米層，形成 g-C3N4量子點(diǎn)。
[0033] 4)然后將混合液加入到反應(yīng)釜中，140_150°C水熱法保持8-10h，剝落g_C3N 4納米 層。
[0034] 該過程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括：1)濃氨水會將g_C3N4納米片剝離成量子點(diǎn)，因?yàn)镹H 3是極性分子，更容易親近C3N4而不是石墨烯，所以濃氨水主要用于剝離C3N 4。2)濃氨水會將 氧化石墨稀還原成石墨稀，g_C3N4量子點(diǎn)會負(fù)載在石墨稀層表面，并與石墨稀進(jìn)行復(fù)合。
[0035] 5)將冷卻后混合液以6000-8000r/min的轉(zhuǎn)速離心，取離心后的沉淀物質(zhì)，用乙醇 和去離子水的混合液反復(fù)離心，所述乙醇和去離子水的體積比1:2,然后洗滌，烘干，得到本 發(fā)明的石墨稀與g-C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料。
[0036] 該制備方法中關(guān)鍵性的步驟是：步驟3)中的剝離劑的選取、反應(yīng)時(shí)間和溫度的控 制，剝離劑除了氨水還可以用尿素等其他有機(jī)助劑，但是實(shí)驗(yàn)效果不如氨水。步驟4)中水 熱反應(yīng)過程中溫度和時(shí)間的控制，如果控制不好容易使C3N4去質(zhì)子化，完全水解，無法形成 量子點(diǎn)，因此該步驟用于控制g_C3N4的粒度。該制備方法比現(xiàn)有文獻(xiàn)上的方法更簡單；原料 易得且廉價(jià)，成本較低；不會對環(huán)境造成較大污染。
[0037] 經(jīng)過本制備方法得到的石墨烯與g_C3N4量子點(diǎn)復(fù)合納米材料性能穩(wěn)定，在潤滑油 中不易團(tuán)聚；在油品中的散熱性大大提高；可以很好地改善摩擦副表面的摩擦系數(shù)，結(jié)合 石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)和g_C3N4量子點(diǎn)超強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，其抗極壓性