CN110129109A - 一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用，属于润滑油添加剂技术领域。本发明提供的制备方法包括如下步骤：以过渡金属硫化物为靶材，以基础油为衬底，进行磁控溅射，在基础油中得到过渡金属硫化物纳米粒子。本发明以基础油作为衬底，以过渡金属硫化物作为靶材，直接进行磁控溅射，产生的过渡金属硫化物等离子体具有较高的活性，当其落入基础油中，表面被基础油包裹，实现了原位改性，从而使纳米粒子稳定分散于基础油中。实验结果表明，上述制备方法得到的过渡金属硫化物纳米粒子在基础油中放置1个月，仍然未发生团聚和沉降，具有优异的稳定性。

Description

一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及润滑油添加剂技术领域，尤其涉及一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用。
背景技术
随着世界各国环保意识的不断增强，润滑油中有机硫、磷等极压抗磨添加剂的使用量也逐渐降低，所以目前需要发展其他可替代型减摩抗磨剂。目前纳米粒子作为替代品的研究得到了科研人员的广大关注，并发现纳米粒子作为润滑油添加剂时，可极大的改善基础油的摩擦学性能。过渡金属硫化物如二硫化钼、二硫化钨等材料的纳米粒子，因其层间滑移阻力小，与石墨类似，是一种理想的润滑材料。其作为润滑油的纳米粒子添加剂也表现出极优的性能。但目前限制纳米粒子应用的最大瓶颈是其分散稳定性较差，当将纳米粒子添加到基础油中时，会发生纳米粒子的团聚沉降，最终导致基础油与添加剂分离。对此，研究人员也提出了一些解决途径，如对纳米粒子进行表面修饰、机械搅拌、超声振动分散等，上述途径可以实现短时间内纳米粒子在基础油中均匀分散，但长时间放置后，纳米粒子还是会发生沉降现象，导致润滑油的润滑性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用，采用本发明提供的制备方法得到的过渡金属硫化物纳米粒子能够稳定分散于基础油中。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
以过渡金属硫化物为靶材，以基础油为衬底，进行磁控溅射，在基础油中得到过渡金属硫化物纳米粒子。
优选的，所述基础油为低挥发性的基础油。
优选的，所述低挥发性的基础油包括聚α-烯烃、多烷基环戊烷和酯类油中的至少一种。
优选的，所述酯类油包括磷酸酯、二酯和多元醇酯中的至少一种。
优选的，所述过渡金属硫化物为二硫化钼或二硫化钨。
优选的，所述磁控溅射包括直流磁控溅射、射频磁控溅射或中频磁控溅射。
优选的，所述磁控溅射的功率为2～80kW/m2，磁控溅射的气压为0.2～10Pa，磁控溅射的工作气体为氩气。
优选的，所述磁控溅射的温度≤200℃，所述靶材与衬底的距离≥10cm。
优选的，所述磁控溅射的偏压为0～1200V。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的过渡金属硫化物纳米粒子在制备润滑油中的应用。
本发明提供了一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：以过渡金属硫化物为靶材，以基础油为衬底，进行磁控溅射，在基础油中得到过渡金属硫化物纳米粒子。本发明直接以基础油作为衬底，以过渡金属硫化物作为靶材，直接进行磁控溅射，产生的过渡金属硫化物等离子体具有较高的活性，当其落入基础油中，表面被基础油包裹，实现了原位改性，形成的纳米粒子稳定分散于基础油中。实验结果表明，上述制备方法得到的过渡金属硫化物纳米粒子在基础油中放置1个月，仍然未发生团聚和沉降，具有优异的稳定性。
附图说明
图1实施例1所得过渡金属硫化物纳米粒子作为润滑油添加剂制备的润滑油放置一个月后的宏观图；
图2对比例1所得润滑油放置2h前后的宏观图。
具体实施方式
本发明提供了一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
以过渡金属硫化物为靶材，以基础油为衬底，进行磁控溅射，在基础油中得到过渡金属硫化物纳米粒子。
本发明直接以基础油作为衬底，以过渡金属硫化物作为靶材，直接进行磁控溅射，得到了能够稳定分散于基础油中的过渡金属硫化物纳米粒子，原因是产生的过渡金属硫化物等离子体具有较高的活性，当其落入基础油中，表面被基础油包裹，实现了原位改性，从而使纳米粒子稳定分散于基础油中。
在本发明中，所述基础油优选为低挥发性的基础油。在本发明中，低挥发性的基础油在真空腔室中挥发损耗小，一方面可以保持有足够的油量作为纳米粒子的接收衬底，另一方面也可以降低对真空腔室的污染。
在本发明中，所述低挥发性的基础油优选包括聚α-烯烃、多烷基环戊烷和酯类油中的至少一种；所述酯类油优选包括磷酸酯、二酯和多元醇酯中的至少一种，所述多元醇酯优选为含有长链烷基结构的高分子量多元醇酯，所述高分子量多元醇酯的分子量优选为500～1300，所述多元醇酯具体优选为季戊四醇酯；所述二酯为分子结构中含有两个C-O-C-O键的润滑油；所述多烷基环戊烷优选为含有长链烷基结构的高分子量多烷基环戊烷，所述高分子量多烷基环戊烷的分子量优选为200～600，所述多烷基环戊烷具体优选为由醇类物质与环戊二烯制备得到的多烷基环戊烷，所述醇类物质优选为已醇、辛醇、壬醇和癸醇中的一种或几种。
在本发明中，所述过渡金属硫化物优选为二硫化钼或二硫化钨。
在本发明中，所述磁控溅射优选包括直流磁控溅射、射频磁控溅射或中频磁控溅射；所述磁控溅射的方法优选为封闭场非平衡磁控溅射。本发明的技术方案可通过多种方法实现，不受单一设备的限制。
在本发明中，所述磁控溅射的功率优选为2～80kW/m2，磁控溅射的气压优选为0.2～10Pa，磁控溅射的工作气体优选为氩气。在本发明中，所述磁控溅射的参数适用范围广，本领域技术人员可以根据设备的性能设置合适的参数，能够溅射出等离子体即可。
在本发明中，所述磁控溅射的偏压优选为0～1200V。本领域技术人员可以根据需要选择偏压的大小，当需要高能量的等离子体时，选择较大偏压，当不需要高能量的等离子体时，可以选择较小偏压，或者不施加偏压。
在本发明中，所述磁控溅射的温度优选≤200℃，更优选≤50℃，所述靶材与衬底的距离优选≥10cm，更优选≥35cm。在本发明中，控制磁磁控溅射的温度≤200℃，可避免基础油挥发，控制靶材与衬底(基础油)的距离，可避免产生明显的温升。
本领域技术人员可以根据所需制备的产品中过渡金属硫化物纳米粒子的含量来选择所述磁控溅射的时间，当需要过渡金属硫化物纳米粒子含量较高的产品时，可延长磁控溅射的时间，反之，可缩短磁控溅射的时间。
在本发明中，所述过渡金属硫化物纳米粒子的粒径优选≤600nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的过渡金属硫化物纳米粒子在制备润滑油中的应用。
在本发明中，上述技术方案所述的制备方法在基础油中得到过渡金属硫化物纳米粒子，所得产物可以直接作为润滑使用，也可以作为润滑油添加剂使用，本领域技术人员可以根据需要选择。
下面结合实施例对本发明提供的一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
用培养皿盛取低挥发性PAO(聚alpha-烯烃，购买于中国科学院兰州化学物理研究所，牌号为P201)，置于真空腔室；
以二硫化钼为靶材，靶材与基础油的距离为35cm，将真空腔室抽至5.0*10-3Pa的本底真空，然后通入氩气，调节气压为1.0Pa，采用封闭场非平衡磁控溅射方法进行直流磁控溅射，磁控溅射的功率为2kW/m2，磁控溅射的偏压为50V，磁控溅射的时间为30min，磁控溅射的温度为50℃，在聚alpha-烯烃中得到二硫化钼纳米粒子。
经测试所得产物中二硫化钼纳米粒子的浓度为1.1wt.％。
采用透射电镜表征本实施例所得二硫化钼纳米粒子，粒径分布均匀。
采用激光粒度仪测试本实施例所得二硫化钼纳米粒子的平均粒径为500nm。
将制备的纳米二硫化钼粒子添加到不同质量P201基础油中，制备出二硫化钼纳米粒子含量为0.11wt.％和0.011wt.％的润滑油，经一个月的放置后，未发生沉降现象，如图1所示为本实施例所制备的润滑油放置1个月后的宏观图(即照片)，其中a为二硫化钼纳米粒子含量为0.11wt.％的润滑油，b为二硫化钼纳米粒子含量为0.011wt.％的润滑油，由图1可知，两种浓度的润滑油放置1个月后均未发生沉降。
实施例2
用培养皿盛取低挥发性PAO(聚alpha-烯烃，购买于中国科学院兰州化学物理研究所，牌号为P201)，置于真空腔室；
以二硫化钨为靶材，靶材与基础油的距离为35cm，将真空腔室抽至5.0*10-3Pa的本底真空，然后通入氩气，调节气压为1.0Pa，采用封闭场非平衡磁控溅射方法进行直流磁控溅射，磁控溅射的功率为2kW/m2，磁控溅射的偏压为50V，磁控溅射的时间为30min，磁控溅射的温度为50℃，在聚alpha-烯烃中得到二硫化钨纳米粒子。
采用透射电镜表征本实施例所得二硫化钨纳米粒子，粒径分布均匀。
采用激光粒度仪测试本实施例所得二硫化钨纳米粒子的平均粒径为600nm。
将制备的纳米二硫化钨粒子添加到不同质量P201基础油中，得到稀释10倍和100倍的润滑油，经一个月的放置后，未发生沉降现象。
对比例1
以市售平均粒径为5μm的二硫化钼粒子为润滑油添加剂，以聚alpha-烯烃为基础油配制浓度为0.1wt.％的润滑油，然后静置放置，观察沉降情况。如图2所示，为本实施例所制备的润滑油放置2h前后的宏观图(即照片)，其中a为刚配制好的润滑油，b为放置2h后的润滑油，由图2可知，放置2h后，润滑油中的纳米粒子产生了明显的沉降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种过渡金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
以过渡金属硫化物为靶材，以基础油为衬底，进行磁控溅射，在基础油中得到过渡金属硫化物纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基础油为低挥发性的基础油。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述低挥发性的基础油包括聚α-烯烃、多烷基环戊烷和酯类油中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述酯类油包括磷酸酯、二酯和多元醇酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属硫化物为二硫化钼或二硫化钨。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射包括直流磁控溅射、射频磁控溅射或中频磁控溅射。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的功率为2～80kW/m2，磁控溅射的气压为0.2～10Pa，磁控溅射的工作气体为氩气。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的温度≤200℃，所述靶材与衬底的距离≥10cm。
9.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的偏压为0～1200V。
10.权利要求1～9任一项所述的制备方法得到的过渡金属硫化物纳米粒子在制备润滑油中的应用。
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