CN112442406B - 一种多元二维复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种多元二维复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112442406B CN112442406B CN201910827560.7A CN201910827560A CN112442406B CN 112442406 B CN112442406 B CN 112442406B CN 201910827560 A CN201910827560 A CN 201910827560A CN 112442406 B CN112442406 B CN 112442406B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dimensional
- zero
- quantum dot
- composite material
- multielement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 148
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 23
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical class S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical class S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 3
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 20
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 16
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 13
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- -1 greases Substances 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 3
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynemethyl(alumanylidynemethylalumanylidenemethylidene)alumane Chemical compound [Al]#C[Al]=C=[Al]C#[Al] CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M125/00—Lubricating compositions characterised by the additive being an inorganic material
- C10M125/08—Metal carbides or hydrides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
- C10M2201/04—Elements
- C10M2201/041—Carbon; Graphite; Carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
- C10M2201/00—Inorganic compounds or elements as ingredients in lubricant compositions
- C10M2201/06—Metal compounds
- C10M2201/061—Carbides; Hydrides; Nitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种多元二维复合材料及其制备方法，所述多元二维复合材料包括：二维材料、量子点材料和零维材料；所述零维材料的结构为零维纳米颗粒，所述零维纳米颗粒的平均粒度记为x，x的取值为10nm＜x≤55nm。上述多元二维复合材料的制备方法，包括：将基材放置在容器底部；将二维材料、量子点材料与零维材料分别加入到溶剂中并分散均匀；待二维材料、量子点材料与零维材料全部铺满基材表面后取出基材，静置至溶剂蒸发完全，即得多元二维复合材料。本发明提供的多元二维复合材料，克服了传统二维固体润滑剂结构易退化、耐候性差、易磨损的缺陷，实现了多元纳米材料的协同复配，使复合材料具备优异的润滑性能和极低的磨损。
Description
技术领域
本文涉及机械工程的表面处理技术，具体为一种多元二维复合材料及其制备方法，尤指一种超耐长磨碳量子点多元二维复合材料及其制备方法。
背景技术
在过去，传统的二维固体润滑剂如石墨烯、二硫化钼、二硫化钨、六方氮化硼等由于其自身固有的抗摩擦磨损优势，能够通过气相沉积或者喷涂表面形成薄膜或薄涂层，实现机械器件的抗摩擦磨损性能。但是，如石墨烯涂层，其在长时间摩擦中的耐磨寿命较短，不适用于普通应用环境。
通常，在空气中，石墨烯的多层层状结构会在摩擦磨损中被破环和石墨化，极大的影响石墨烯涂层的性能。润滑材料按物理状态和特性分为润滑油、润滑脂和固体润滑剂三类。润滑液通常指润滑油，主要用于发动机轴承、齿轮、汽缸、活塞、连杆等部位，能在工作时的密闭系统中循环流动。但是，受限于工况条件，如在高低温、高真空、强辐射、潮湿、烟雾等特殊工况条件下，无法维持良好润滑效果。
发明内容
本申请提供了一种多元二维复合材料及其制备方法，这种方法制备得到的多元二维复合材料赋予基材优异的润滑性能，能够满足对润滑有较高需求的材料或零部件的润滑需求。
本发明中，碳量子点的定义为：把激子在三个空间方向上束缚住的具有半导体纳米结构的一类点材料；
可选地，量子点尺寸可以小到只有2至10纳米，这相当于10至50个原子直径的尺寸，即在一个量子点体积中可以包含100到100,000个这样的原子。量子点具有比表面积大的固有特性。
在本发明中，零维材料的定义为：在三维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，尺寸大小为1-100nm。零维材料的尺寸大部分教材和定义都限定为100纳米以内。
在本发明中，二维材料的定义为：特指结构有序、在二维平面生长、在第三维度超薄的一类层状固体材料(Li等人,Superlubricity between MoS2Monolayers,AdvancedMaterials 2017,29(27),1701474)。
在本发明中，超耐长磨的定义为：经过长时间的摩擦磨损试验后，材料表面没有明显的磨损和材料损失。
本发明提供了一种多元二维复合材料，所述多元二维复合材料包括：二维材料、量子点材料和零维材料；
优选地，所述多元二维复合材料由二维材料、量子点材料和零维材料组成。
所述零维材料的结构为零维纳米颗粒，所述零维纳米颗粒的平均粒度记为x，x的取值为x＜10nm。
在本发明提供的多元二维复合材料中，所述二维材料、量子点材料和零维材料的质量比为(1-100):(1-100):(1-100)；
在本发明提供的多元二维复合材料中，优选地，二维材料、量子点材料和零维材料的质量比为(1-10):(1-10):(1-10)；
在本发明提供的多元二维复合材料中，更优选地，二维材料、量子点材料与零维材料的质量比为1:1:1。
在本发明提供的多元二维复合材料中，所述二维材料的结构为纳米级片层结构，表面尺寸5-500nm；
在本发明提供的多元二维复合材料中，二维材料选自二维过渡金属碳化物、二维过渡金属氮化物、二硫化钼和二硫化钨中的一种或多种；
在本发明提供的多元二维复合材料中，优选地，所述二维材料为二维过渡金属碳化物或二维过渡金属氮化物中的一种或多种。
在本发明提供的多元二维复合材料中，所述量子点材料选自石墨烯量子点、碳量子点、二硫化钼量子点和二硫化钨量子点中的一种或多种；
在本发明提供的多元二维复合材料中，优选地，所述量子点材料为石墨烯量子点；可选地，所述石墨烯量子点的原料为粉末形式或溶液形式。
在本发明提供的多元二维复合材料中，所述量子点材料的尺寸的取值范围为2-10nm，层间距为0.2-0.3nm。
在本发明提供的多元二维复合材料中，所述量子点材料具有强荧光效应和较长荧光半衰期，内核有明显的二维片状结构。
在本发明提供的多元二维复合材料中，所述零维材料选自纳米金刚石、纳米银和纳米立方氮化硼中的任意一种；
在本发明提供的多元二维复合材料中，优选地，所述零维材料为纳米金刚石。
另一方面，本发明提供了上述多元二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材放置在容器底部；
(2)将二维材料、量子点材料与零维材料分别加入到溶剂中并分散均匀；
(3)待二维材料、量子点材料与零维材料全部铺满基材表面后取出基材，静置至溶剂蒸发完全，即得多元二维复合材料。
优选地，所述多元二维复合材料的制备方法，由上述步骤组成。
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，所述制备方法通过沉积吸附在基材上，适用于复杂异型结构表面。
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，所述基材为金属、金属氧化物、硅、陶瓷或塑料中的一种或几种；优选地，所述基材为硅；
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，所述溶剂选自无水乙醇、丙酮、乙二醇和丙二醇中的一种或多种；优选地，所述溶剂为无水乙醇。
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，所述二维材料、量子点材料与零维材料的总和在溶剂中的质量浓度为0.001mg/mL-10.0mg/mL，优选质量浓度为1-5mg/mL，更优选质量浓度为3mg/mL。
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，步骤(2)所述分散为真空或惰性气氛气体保护的条件下超声分散，所述超声频率为20-40kHz、超声功率为100-200W、超声时间为30-60min；
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，步骤(2)所述的超声震荡环境可以是在大气环境，也可以是密封后进行超声震荡。
在本发明提供的多元二维复合材料的制备方法中，步骤(3)所述静置为在惰性气氛下、避光、低于8℃温度保护的条件下静置至溶剂蒸发完全。
在本发明提供的超耐长磨碳量子点多元二维复合材料中，所述二维复合材料、量子点材料以及第三种纳米材料均匀地相互结合吸附在基材的表面。
本发明制备的超耐长磨碳量子点多元二维复合材料，克服了传统二维固体润滑剂结构易退化、耐候性差、易磨损的缺陷，实现了多元纳米材料的协同复配，使复合材料具备优异的润滑性能和极低的磨损率。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例1超耐长磨石墨烯量子点(溶液)多元二维复合材料在硅片上经摩擦学测试及三维白光干涉扫描测试后的横截面磨损曲线。
图2为本申请实施例2超耐长磨石墨烯量子点(粉末)多元二维复合材料在硅片上经摩擦学测试及三维白光干涉扫描测试后的横截面磨损曲线。
图3为本申请对比例1石墨烯多元二维复合材料在硅片上经摩擦学测试及三维白光干涉扫描测试后的横截面磨损曲线。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例部分提供了一种多元二维复合材料，所述多元二维复合材料包括：二维材料、量子点材料和零维材料；
优选地，所述多元二维复合材料由二维材料、量子点材料和零维材料组成。
在本发明实施例中，所述零维材料的结构为零维纳米颗粒，所述零维纳米颗粒的平均粒度记为x，x的取值为x＜10nm。
在本发明实施例中，所述二维材料、量子点材料和零维材料的质量比为(1-100):(1-100):(1-100)；
在本发明实施例中，优选地，二维材料、量子点材料和零维材料的质量比为(1-10):(1-10):(1-10)；
在本发明实施例中，更优选地，二维材料、量子点材料与零维材料的质量比为1:1:1。
在本发明实施例中，所述二维材料的结构为纳米级片层结构，表面尺寸5-500nm；
在本发明实施例中，二维材料选自二维过渡金属碳化物、二维过渡金属氮化物、二硫化钼和二硫化钨中的一种或多种；
在本发明实施例中，优选地，所述二维材料为二维过渡金属碳化物或二维过渡金属氮化物中的一种或多种。
在本发明实施例中，所述量子点材料选自石墨烯量子点、碳量子点、二硫化钼量子点和二硫化钨量子点中的一种或多种；
在本发明实施例中，优选地，所述量子点材料为石墨烯量子点；可选地，所述石墨烯量子点的原料为粉末形式或溶液形式。
在本发明实施例中，所述量子点材料的尺寸的取值范围为2-10nm，层间距为0.2-0.3nm。
在本发明实施例中，所述量子点材料具有强荧光效应和较长荧光半衰期，内核有明显的二维片状结构。
在本发明实施例中，所述零维材料选自纳米金刚石、纳米银和纳米立方氮化硼中的任意一种；
在本发明实施例中，优选地，所述零维材料为纳米金刚石。
本发明实施例部分还提供了上述多元二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基材放置在容器底部；
(2)将二维材料、量子点材料与零维材料分别加入到溶剂中并分散均匀；
(3)待二维材料、量子点材料与零维材料全部铺满基材表面后取出基材，静置至溶剂蒸发完全，即得多元二维复合材料。
优选地，所述多元二维复合材料的制备方法，由上述步骤组成。
在本发明实施例中，所述制备方法通过沉积吸附在基材上，适用于复杂异型结构表面。
在本发明实施例中，所述基材为金属、金属氧化物、硅、陶瓷或塑料中的一种或几种；优选地，所述基材为硅；
在本发明实施例中，所述溶剂选自无水乙醇、丙酮、乙二醇和丙二醇中的一种或多种；优选地，所述溶剂为无水乙醇。
在本发明实施例中，所述二维材料、量子点材料与零维材料的总和在溶剂中的质量浓度为0.001mg/mL-10.0mg/mL，优选质量浓度为1mg/mL-5mg/mL，更优选质量浓度为3mg/mL。
在本发明实施例中，步骤(2)所述分散为真空或惰性气氛气体保护的条件下超声分散，所述超声频率为20-40kHz、超声功率为100-200W、超声时间为30-60min；
在本发明实施例中，步骤(2)所述的超声震荡环境可以是在大气环境，也可以是密封后进行超声震荡。
在本发明实施例中，步骤(3)所述静置为在惰性气氛下、避光、低于8℃温度保护的条件下静置至溶剂蒸发完全。
在本发明实施例中，所述二维复合材料、量子点材料以及第三种纳米材料均匀地相互结合吸附在基材的表面。
二维钛金属掺铝碳化物根据文献Naguib M,Mochalin V N,Barsoum M W,etal.25th Anniversary Article:MXenes:A New Family of Two-Dimensional Materials[J].Advanced Materials,2014,26(7):992-1005.中实验部分的方法制得。
在本发明实施例中，所述二维钛金属碳化物粉末制备方法为：利用氢氟酸溶液选择性剥离二维钛金属掺铝碳化物中的铝层元素，从而获得二维钛金属碳化物材料。具体反应过程如下：
2Tin+1AlCn+6HF→2Tin+1Cn+2AlF3+3H2↑ (1-1)
2Tin+1Cn+2H2O→Tin+1Cn(OH)2+H2↑ (1-2)
Tin+1Cn+2HF→Tin+1CnF2+H2↑ (1-3)
其中，n＝1、2或3，
二维钛金属掺铝碳化物中的钛粉末:铝粉末:碳化钛粉末为1.0：1.2：2.0(物质的量比)，二维钛金属掺铝碳化物的制备方法为通过球磨、烘干和1350℃真空烧结，再冷却及球磨2小时，得到二维钛金属掺铝碳化物粉末；通过40％wt.HF溶液超声剥离，超声功率为200W，频率为40kHz；二维钛金属掺铝碳化物的铝层元素，刻蚀时间为24小时即得二维钛金属碳化物粉末。
在本发明实施例中，石墨烯量子点溶液购自西格玛奥德里奇公司，牌号900560。
在本发明实施例中，石墨烯量子点粉末购自西格玛奥德里奇公司，RA019012。
在本发明实施例中，纳米金刚是粉末购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，牌号N140011。
实施例1
先将硅片轻轻平放在玻璃烧杯底部，向玻璃烧杯加入10mL无水乙醇；然后将30mg二维钛金属碳化物粉末、石墨烯量子点的重量为2mg的石墨烯量子点溶液与30mg纳米金刚石粉末分别缓慢加入到盛有无水乙醇的烧杯中；将烧杯密封后，在室温下超声震荡1小时(超声频率为40kHz、超声功率为200W)，随后在室温环境中静置24小时，使烧杯内的材料全部沉积在硅片表面，得到超耐长磨石墨烯量子点(溶液)多元二维复合材料半成品；用镊子轻轻将得到的超耐长磨石墨烯量子点(溶液)多元二维复合材料半成品从烧杯中夹出，放置在惰性气氛下，避光，低于8℃温度保护下静置，待无水乙醇挥发完全，得到超耐长磨石墨烯量子点多元二维复合材料。经摩擦学测试后，其磨损率为6.5×10-7mm3·N-1·m-1。
实施例2
先将硅片轻轻平放在玻璃烧杯底部，向玻璃烧杯加入10mL无水乙醇；然后将30mg二维钛金属碳化物粉末、30mg石墨烯量子点粉末与30mg纳米金刚石粉末分别缓慢加入到盛有无水乙醇的烧杯中；将烧杯密封后，在室温下超声震荡1小时(超声频率为40kHz、超声功率为200W)，随后在室温环境中静置24小时，使烧杯内的材料全部沉积在硅片表面，得到超耐长磨石墨烯量子点(粉末)多元二维复合材料半成品；用镊子轻轻将得到的超耐长磨石墨烯量子点(粉末)多元二维复合材料半成品从烧杯中夹出，放置在惰性气氛下，避光，低于8℃温度保护下静置，待无水乙醇挥发完全，得到超耐长磨石墨烯量子点多元二维复合材料。经摩擦学测试后，其磨损率为5.5×10-7mm3·N-1·m-1。
对比例1
先将硅片轻轻平放在玻璃烧杯底部，向玻璃烧杯加入10mL无水乙醇；然后将30mg二维钛金属碳化物粉末、30mg纳米石墨烯粉末(石墨烯粉末的片状表面尺寸5-500nm)(上海阿拉丁生化科技股份有限公司，G139804)与30mg纳米金刚石粉末分别缓慢加入到盛有无水乙醇的烧杯中；将烧杯密封后，在室温下超声震荡1小时(超声频率为40kHz、超声功率为200W)，随后在室温环境中静置24小时，使烧杯内的材料全部沉积在硅片表面，得到二维材料石墨烯复合材料半成品；用镊子轻轻将得到的二维材料石墨烯复合材料半成品从烧杯中夹出，放置在惰性气氛下，避光，低于8℃温度保护下静置，待无水乙醇挥发完全，得到二维材料/石墨烯。经摩擦学测试后，其磨损率为1.26×10-5mm3·N-1·m-1。
对比例2
先将硅片轻轻平放在玻璃烧杯底部，向玻璃烧杯加入10mL无水乙醇；然后将30mg二维钛金属碳化物粉末与30mg纳米金刚石粉末分别缓慢加入到盛有无水乙醇的烧杯中；将烧杯密封后，在室温下超声震荡1小时(超声频率为40kHz、超声功率为200W)随后在室温环境中静置24小时，使烧杯内的材料全部沉积在硅片表面，得到二维材料/纳米金刚石复合材料半成品；用镊子轻轻将得到的二维材料/纳米金刚石复合材料半成品从烧杯中夹出，放置在惰性气氛下，避光，低于8℃温度保护下静置，待无水乙醇挥发完全，得到二维材料/纳米金刚石。经摩擦学测试后，其磨损率为2.81×10-5mm3·N-1·m-1。
性能测试
对实施例1制备得到的超耐长磨碳量子点多元二维复合材料进行摩擦磨损测试，采用的仪器为可控环境摩擦磨损仪(美国CETR公司，UMT-3)，测试模式为往复式，参数：载荷为1N，频率为2Hz，测试温度为室温，湿度为10％。循环14400次。
对实施例1制备得到的超耐长磨碳量子点多元二维复合材料进行表面形貌测试，采用的仪器为三维光学表面轮廓仪(美国ZYGO公司，NewViewTM8000)。
图1中的曲线表示实施例1的制得的硅片基材经过摩擦实验后的表面磨痕形貌，在横坐标1450μm处的多个粗糙峰是由多元二维复合材料堆积造成的，并不表示硅片基材表面的磨损。测试结果表明，硅片表面的磨损率极低。
实施例2和对比例1按照实施例1的测试方法进行摩擦磨损测试和形貌表征，测试结果详见图2和图3。
图2中的曲线表示实施例2的制得的硅片基材经过摩擦实验后的表面磨痕形貌，从图中可以看出，在横坐标50μm和1450μm处的多个粗糙峰是由多元二维复合材料堆积造成的，并不表示硅片基材表面的磨损。测试结果表明，硅片表面的磨损率极低。
图3中的曲线表示对比例1的制得的硅片基材经过摩擦实验后的表面磨痕形貌，从图中可以看出，在横坐标750μm～1050μm范围内形成较为明显的磨痕，表明缺乏石墨烯量子点的复合材料存在明显的材料磨损，界面润滑性能欠佳。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种多元二维复合材料，其中，所述多元二维复合材料包括：二维材料、量子点材料和零维材料；
二维材料选自二维过渡金属碳化物；
所述量子点材料选自石墨烯量子点、二硫化钼量子点和二硫化钨量子点中的一种或多种；
所述零维材料选自纳米金刚石和纳米立方氮化硼中的任意一种；
所述量子点材料的尺寸的取值范围为2-10nm，层间距为0.2-0.3nm；
所述二维材料的结构为纳米级片层结构，表面尺寸5-500nm；
所述零维材料的结构为零维纳米颗粒，所述零维纳米颗粒的平均粒度记为x，x的取值为x＜10nm；
所述二维材料、量子点材料和零维材料的质量比为(1-100):(1-100):(1-100)。
2.根据权利要求1所述的多元二维复合材料，其中，二维材料、量子点材料和零维材料的质量比为(1-10):(1-10):(1-10)。
3.一种权利要求1至2中任一项所述多元二维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将基材放置在容器底部；
（2）将二维材料、量子点材料与零维材料分别加入到溶剂中并分散均匀；
（3）待二维材料、量子点材料与零维材料全部铺满基材表面后取出基材，静置至溶剂蒸发完全，即得多元二维复合材料。
4.根据权利要求3中所述的多元二维复合材料的制备方法，其中，所述基材为金属、金属氧化物、硅、陶瓷或塑料中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的多元二维复合材料的制备方法，其中，所述溶剂选自无水乙醇、丙酮、乙二醇和丙二醇中的一种或多种。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的多元二维复合材料的制备方法，其中，所述二维材料、量子点材料与零维材料的总和在溶剂中的质量浓度为0.001mg/mL - 10.0mg/mL。
7.根据权利要求6所述的多元二维复合材料的制备方法，其中，所述二维材料、量子点材料与零维材料的总和在溶剂中的质量浓度为1-5mg/mL。
8.根据权利要求6所述的多元二维复合材料的制备方法，其中，所述二维材料、量子点材料与零维材料的总和在溶剂中的质量浓度为3mg/mL。
9.根据权利要求6所述的多元二维复合材料的制备方法，其中，步骤（2）所述分散为真空或惰性气氛气体保护的条件下超声分散，所述超声频率为20-40kHz、超声功率为100-200W、超声时间为30-60min；
步骤（3）所述静置为在惰性气氛下、避光、低于8℃温度保护的条件下静置至溶剂蒸发完全。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910827560.7A CN112442406B (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 一种多元二维复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910827560.7A CN112442406B (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 一种多元二维复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112442406A CN112442406A (zh) | 2021-03-05 |
| CN112442406B true CN112442406B (zh) | 2022-03-08 |
Family
ID=74734638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910827560.7A Active CN112442406B (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 一种多元二维复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112442406B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104591167A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-05-06 | 哈尔滨工程大学 | 石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物或磷酸盐纳米复合材料及制备方法 |
| CN105316077A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-10 | 青岛领军节能与新材料研究院 | 一种石墨烯/氮化碳量子点复合纳米材料及润滑油摩擦改善剂 |
| CN106520354A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-22 | 青岛大学 | 一种基于二维材料纳米片/碳量子点的水基润滑液及其制备方法 |
| CN108148650A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-06-12 | 清华大学 | 二维材料微纳片与碳量子点复合的润滑油及其制备方法 |
| CN108441312A (zh) * | 2017-02-16 | 2018-08-24 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种水基2d/0d纳米复合材料润滑剂 |
| CN108795536A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-13 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种石墨烯/类石墨相氮化碳复合材料的制备和作为固体润滑剂的应用 |
| CN109777352A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 清华大学 | 超耐磨新型二维复合材料及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101844345B1 (ko) * | 2015-10-13 | 2018-04-03 | 한국세라믹기술원 | 2차원 하이브리드 복합체 제조 방법 |
-
2019
- 2019-09-03 CN CN201910827560.7A patent/CN112442406B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104591167A (zh) * | 2015-01-13 | 2015-05-06 | 哈尔滨工程大学 | 石墨烯与石墨烯量子点和金属氧化物或磷酸盐纳米复合材料及制备方法 |
| CN105316077A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-10 | 青岛领军节能与新材料研究院 | 一种石墨烯/氮化碳量子点复合纳米材料及润滑油摩擦改善剂 |
| CN106520354A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-22 | 青岛大学 | 一种基于二维材料纳米片/碳量子点的水基润滑液及其制备方法 |
| CN108441312A (zh) * | 2017-02-16 | 2018-08-24 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种水基2d/0d纳米复合材料润滑剂 |
| CN108148650A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-06-12 | 清华大学 | 二维材料微纳片与碳量子点复合的润滑油及其制备方法 |
| CN108795536A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-13 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种石墨烯/类石墨相氮化碳复合材料的制备和作为固体润滑剂的应用 |
| CN109777352A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 清华大学 | 超耐磨新型二维复合材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Laser irradiation-induced laminated graphene/MoS2 composites with synergistically improved tribological properties";Ting Luo等;《Nanotechnology》;20180629;第29卷(第26期);265704 * |
| 纳米碳材料摩擦学应用的最新进展和未来展望;薛勇等;《材料导报》;20170310;第31卷(第05期);1-8 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112442406A (zh) | 2021-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wu et al. | Preparation and properties of Ag/DLC nanocomposite films fabricated by unbalanced magnetron sputtering | |
| Alazemi et al. | MoS2 nanolayer coated carbon spheres as an oil additive for enhanced tribological performance | |
| Rapoport et al. | Fullerene‐like WS2 nanoparticles: superior lubricants for harsh conditions | |
| Xu et al. | Morphology evolution of Ag alloyed WS2 films and the significantly enhanced mechanical and tribological properties | |
| CN112442365B (zh) | 一种二维材料量子点复合材料及其制备方法 | |
| Reeves et al. | Tribology of solid lubricants | |
| US20160369197A1 (en) | Carbon nanofiber materials and lubricants | |
| CN105839070A (zh) | 一种低摩擦纳米TaC增强炭基复相薄膜的制备方法 | |
| Song et al. | Perspectives of friction mechanism of aC: H film in vacuum concerning the onion-like carbon transformation at the sliding interface | |
| JP2013103414A (ja) | 撥水材及びその製造方法 | |
| Hou et al. | Synthesis of Cr2O3-based nanocomposite coatings with incorporation of inorganic fullerene-like nanoparticles | |
| Li et al. | The effect of atmosphere on the tribological behavior of magnetron sputtered MoS2 coatings | |
| Liu et al. | Synthesis of polyethylene glycol modified carbon dots as a kind of excellent water-based lubricant additives | |
| Wu et al. | Controllable synthesis and friction reduction of ZnFe2O4@ C microspheres with diverse core-shell architectures | |
| CN109777352A (zh) | 超耐磨新型二维复合材料及其制备方法 | |
| Jenei et al. | Mechanical characterization of diesel soot nanoparticles: in situ compression in a transmission electron microscope and simulations | |
| CN112442406B (zh) | 一种多元二维复合材料及其制备方法 | |
| Huang et al. | Tribological performance of nano-diamond composites-dispersed lubricants on commercial cylinder liner mating with CrN piston ring | |
| JP2005076756A (ja) | カーボンナノチューブ摺動部材及びその製造方法 | |
| Ao et al. | Tribological properties of graphene quantum dot hybrid polyethylene glycol lubricated molybdenum disulfide films | |
| JP5077629B2 (ja) | 硬質炭素被膜 | |
| Fleischer et al. | New nanotechnology solid lubricants for superior dry lubrication | |
| JP7145487B2 (ja) | 潤滑剤組成物 | |
| Church et al. | Carbon nanotube-based adaptive solid lubricant composites | |
| JP2014169438A (ja) | 固体粒子、固体潤滑剤及び金属部材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |