CN114989875A - MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用 - Google Patents

MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于润滑技术领域，提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用。MXene无溶剂纳米流体中少层的MXene能够显著提升润滑材料的承载能力和抗磨损性能，而柔性有机双分子层赋予润滑材料良好的流动性和分散稳定性；所以MXene无溶剂纳米流体兼具固体润滑剂和液体润滑剂的双重优势，应用于摩擦学领域时具有优异的减摩抗磨性能。本发明将MXene无溶剂纳米流体应用在摩擦学领域，拓宽了MXene无溶剂纳米流体的应用范围，且MXene无溶剂纳米流体具有优异的摩擦学性能。本发明以MXene无溶剂纳米流体为润滑剂和润滑剂添加剂具有优异的润滑性能。

Description

MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用
技术领域
本发明涉及润滑技术领域，尤其涉及MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用。
背景技术
现代工业的飞速发展加速了能源的过快消耗。据统计，机械设备消耗的能源中，摩擦消耗30％的一次性能源，而设备损耗80％是由于润滑失效导致异常磨损引起。润滑则是减少摩擦、降低或避免磨损的最有效手段。如今，广泛使用的润滑材料主要为液体润滑剂和固体润滑剂，它们应用领域几乎涵盖了工业、航空航天、电子信息业和各类军事装备。但是液体润滑剂和固体润滑剂也存在诸多问题：对于液体润滑剂，常常因为其较好的流动性能在使用过程中存在污染、泄露等缺点，尤其在苛刻的工作环境中润滑功能会逐渐失效；对于固体润滑剂而言，润滑材料在磨损后难以及时修复和快速补充，导致寿命有限。因此，有必要研发一种兼具液体润滑剂和固体润滑剂优势的新型润滑材料，以满足当前对润滑材料多功能、高性能的苛刻需求。
无溶剂纳米流体(Solvent-free nanofluids)的研究是在对纳米粒子表面的改性过程中发现和开始的。作为一种新型有机-无机杂化纳米材料，无溶剂纳米流体能够在常温常压、没有任何溶剂条件下呈现出液体流动性，此外，无溶剂纳米流体具有多样化的结构组合、室温流动性、零蒸气压、良好的分散稳定性和相容性等特征。它的基本结构可分为“核”、“壳”两个部分：理论上讲，“核”结构可以是零维纳米粒子、一维纳米纤维、二维纳米薄片甚至大分子材料；“壳”结构为有机双分子层。该有机双分子层的内层可被称为“颈状层”，它的作用是连接内部的纳米结构和外层有机分子，它通过共价键锚定在“核”上；有机双分子层的外层则可被称为“冠状层”，它的作用是提供“流动介质”，它通过离子键或共价键接枝在内层有机分子上。
MXene是一类具有类石墨烯结构的新型二维碳化物、氮化物或碳氮化物晶体材料，具有较大的比表面积、良好的导电性、优异的催化性、优良的自润滑性能和丰富的表面官能团等特征。MXene层间作用力较弱，片层间极易发生剥离，因而，在摩擦学领域表现出良好的润滑效果。但是，高度剥离的MXene纳米片层容易堆叠和团聚，影响其良好润滑性能的发挥。
MXene具有强的界面偶联特性，其末端基团可通过共价键或非共价键形式在MXene层间和界面实现功能化改性。纳米流体技术作为一种普适性的表面工程技术，可根据MXene自身的表面化学结构特点进行灵活改性以实现高度剥离MXene的良好分散稳定性。目前，作为一种功能性润滑材料，MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用还未见报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用。本发明将MXene无溶剂纳米流体应用在摩擦学领域，拓宽了MXene无溶剂纳米流体的应用范围，且MXene无溶剂纳米流体具有优异的摩擦学性能。
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MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂用于摩擦副的减摩抗磨；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。
本发明提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂添加剂；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。
优选地，所述纳米核的质量百分含量为5～25％，所述壳层的质量百分含量为75～95％。
优选地，所述颈状层的材质包括有机硅烷；所述有机硅烷包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、十四烷基二甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、3-(三羟基硅基)丙基甲基膦酸单钠盐、三甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵或二癸基甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵。
优选地，所述冠状层的材质包括NH2封端的聚醚胺或壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠；所述NH2封端的聚醚胺中聚醚胺为聚醚胺M1000、聚醚胺M2070、聚醚胺M3080或聚醚胺D2003。
优选地，所述摩擦副为钢-钢、钢-陶瓷、陶瓷-陶瓷或钢-合金；所述摩擦副的工作条件包括：摩擦测试载荷为100～1200N，滑动速度为10～50Hz，温度为20～100℃。
优选地，包括以下步骤：
将所述MXene无溶剂纳米流体加入到基础油中，得到油基润滑剂；
所述基础油为聚乙二醇、聚α烯烃、液体石蜡或硅油。
优选地，所述油基润滑剂中MXene无溶剂纳米流体的质量百分含量为0.1～8wt％。
优选地，包括以下步骤：
将所述MXene无溶剂纳米流体加入到水中，得到水基润滑剂。
优选地，所述水基润滑剂中所述MXene无溶剂纳米流体的质量百分含量为0.1～8wt％。
本发明提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂用于摩擦副的减摩抗磨；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。MXene无溶剂纳米流体中少层的MXene能够显著提升润滑材料的承载能力和抗磨损性能，而柔性有机双分子层赋予润滑材料良好的流动性和分散稳定性；所以MXene无溶剂纳米流体兼具固体润滑剂和液体润滑剂的双重优势，应用于摩擦学领域时具有优异的减摩抗磨性能。本发明将MXene无溶剂纳米流体应用在摩擦学领域，拓宽了MXene无溶剂纳米流体的应用范围，且MXene无溶剂纳米流体具有优异的摩擦学性能。
本发明还提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂添加剂；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。MXene无溶剂纳米流体中少层的MXene能够显著提升润滑材料的承载能力和抗磨损性能，而柔性有机双分子层赋予润滑材料良好的流动性和分散稳定性；所以MXene无溶剂纳米流体兼具固体润滑剂和液体润滑剂的双重优势，应用于摩擦学领域时具有优异的减摩抗磨性能。本发明将MXene无溶剂纳米流体应用在摩擦学领域，拓宽了MXene无溶剂纳米流体的应用范围，且MXene无溶剂纳米流体具有优异的摩擦学性能。
附图说明
图1为实施例1的少层的MXene纳米片、柔性有机双分子层、共价型MXene无溶剂纳米流体、少层的MXene纳米片-柔性有机双分子层物理混合材料在300N载荷下的摩擦系数曲线；
图2为实施例1的柔性有机双分子层和共价型MXene无溶剂纳米流体的极压测试曲线；
图3为实施例1的共价型MXene无溶剂纳米流体在300N和500N条件下及实施例1的柔性有机双分子层在300N条件下摩擦系数随滑动速度的变化曲线。
具体实施方式
本发明提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂用于摩擦副的减摩抗磨；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。
在本发明中，所述摩擦副优选为钢-钢、钢-陶瓷、陶瓷-陶瓷或钢-合金。在本发明中，所述摩擦副的工作条件包括：摩擦测试载荷优选为100～1200N，滑动速度优选为10～50Hz，温度为20～100℃。
本发明还提供了MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂添加剂；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。
在本发明中，所述应用优选包括以下步骤：
将所述MXene无溶剂纳米流体加入到基础油中，得到油基润滑剂。
在本发明中，所述基础油为聚乙二醇、聚烯烃、液体石蜡或硅油。
在本发明中，所述油基润滑剂中MXene无溶剂纳米流体的质量百分含量优选为0.1～8wt％。
在本发明中，所述应用优选还包括以下步骤：
将所述MXene无溶剂纳米流体加入到水中，得到水基润滑剂。
在本发明中，所述水基润滑剂中所述MXene无溶剂纳米流体的质量百分含量优选为0.1～8wt％。
在本发明中，所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核。在本发明中，所述少层优选为1～10层。在本发明中，所述MXene无溶剂纳米流体中纳米核的质量百分含量优选为5～25％，进一步优选为10～20％。
在本发明中，所述MXene无溶剂纳米流体以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。在本发明中，所述颈状层将所述纳米核和冠状层连接。在本发明中，所述颈状层的材质优选包括有机硅烷；所述有机硅烷优选包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸(SIT8378.3)、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、十四烷基二甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、3-(三羟基硅基)丙基甲基膦酸单钠盐、三甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵或二癸基甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵，进一步优选为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。在本发明中，所述冠状层的材质优选包括NH2封端的聚醚胺或壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠，进一步优选为NH2封端的聚醚胺；所述NH2封端的聚醚胺中聚醚胺优选为聚醚胺M1000、聚醚胺M2070、聚醚胺M3080或聚醚胺D2003。在本发明中，所述MXene无溶剂纳米流体中壳层的质量百分含量优选为75～95％，进一步优选为80～90％。
在本发明中，所述MXene无溶剂纳米流体优选为共价型MXene无溶剂纳米流体或离子型MXene无溶剂纳米流体。
在本发明中，所述共价型MXene无溶剂纳米流体的制备方法，优选包括以下步骤：
将颈状层材料和冠状层材料溶解，进行共价键合反应，得到柔性有机双分子层材料溶液；
将所述柔性有机双分子层材料溶液和纳米核材料混合，在保护气氛下，依次进行脱水缩合反应和透析，得到所述共价型MXene无溶剂纳米流体。
本发明将颈状层材料和冠状层材料溶解，进行共价键合反应，得到柔性有机双分子层材料溶液。在本发明中，所述颈状层材料优选包括有机硅烷；所述有机硅烷优选包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。在本发明中，所述冠状层材料优选包括NH2封端的聚醚胺；所述NH2封端的聚醚胺中的聚酰胺类型优选与上述技术方案所述的冠状层中聚酰胺的种类一致，在此不再赘述。在本发明中，所述溶解的试剂优选包括甲醇。在本发明中，所述颈状层材料和冠状层材料的摩尔比优选为1：1～3：1。在本发明中，所述冠状层材料和溶解的试剂的质量比优选为1：5～1：20。
在本发明中，所述共价键合反应的温度优选为50℃；所述共价键合反应的时间优选为12～24h；所述共价键合反应优选在磁力搅拌的条件下进行。
得到柔性有机双分子层材料溶液后，本发明将所述柔性有机双分子层材料溶液和纳米核材料混合，在保护气氛下，依次进行脱水缩合反应和透析，得到所述共价型MXene无溶剂纳米流体。
在本发明中，所述纳米核材料优选包括少层的MXene；所述少层优选为1～10层。在本发明中，所述少层的MXene的制备方法优选包括温和酸刻蚀法或HF刻蚀法。在本发明中，所述温和酸刻蚀法优选包括：将2.0g LiF与30mL HCl溶液(6mol/L)混合，搅拌至完全溶解；然后缓慢加入3.0g Ti3AlC2粉末，将混合溶液在40℃下水浴加热并持续搅拌48h，将Al层剥离。反应结束后，将混合溶液反复洗涤、离心(3500rpm)，直至上清液pH值接近中性。随后，收集产物，冷冻干燥48h得到多层MXene粉末。取0.5g多层MXene粉末分散于200mL超纯水中，通入Ar，超声2h，随后在3500rpm下离心1h，收集上层溶液，冷冻干燥后，获得少层的MXene纳米片。在本发明中，所述HF刻蚀法优选包括：将3.0g Ti3AlC2粉末缓慢加入40％HF中，50℃下水浴加热并持续搅拌24h，将Al层剥离。将剥离后的MXene在5wt％NaOH中进行碱化处理2h，得到富含OH/ONa基团的MXene。使用去离子水对富含OH/ONa基团的MXene进行洗涤，直至上清液pH值接近中性。随后，收集产物，冷冻干燥48h得到多层MXene粉末。取0.5g多层MXene粉末分散于20mL DMSO中进行插层处理15h，将插层后的MXene用超纯水洗涤多次，最后分散于200mL超纯水中，通入Ar，超声1h，随后在3500rpm下离心1h，收集上层溶液，冷冻干燥后，获得少层的MXene纳米片。
在本发明中，所述纳米核材料和冠状层材料的质量比优选为1：10～1：30。
所述脱水缩合反应前、所述柔性有机双分子层材料溶液和纳米核材料混合前，本发明优选还包括进行旋蒸；本发明对所述旋蒸的参数不做具体限定，只要能够将大部分溶剂去除即可。
在本发明中，所述保护气氛优选包括氩气。在本发明中，所述脱水缩合反应的温度优选为35℃，所述脱水缩合反应的时间优选为5～24h；所述脱水缩合反应优选在磁力搅拌的条件下进行。
在本发明中，所述透析的透析袋的截留分子量优选为3000～5000Da，进一步优选为3500Da；所述透析的时间优选为36～60h，进一步优选为48h。
所述透析后，本发明优选还包括干燥；所述干燥优选包括真空干燥。
在本发明中，所述离子型MXene无溶剂纳米流体的制备方法优选还包括：
将核材料、颈状层材料和水混合，进行接枝反应和透析，得到透析后的水溶液；
将所述透析后的水溶液进行离子交换，得到H型分子；
将所述H型分子和冠状层材料混合，进行离子键合反应和透析，得到所述离子型MXene无溶剂纳米流体。
本发明将核材料、颈状层材料和水混合，进行接枝反应，得到透析后的水溶液。在本发明中，所述颈状层材料优选包括有机硅烷；所述有机硅烷的种类优选为3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、十四烷基二甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、3-(三羟基硅基)丙基甲基膦酸单钠盐、三甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵或二癸基甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵。在本发明中，所述冠状层材料优选包括NH2封端的聚醚胺或壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠。在本发明中，所述核材料和颈状层材料的质量比优选与上述技术方案一致，在此不再赘述。在本发明中，所述将核材料、颈状层材料和水混合优选为：将核材料分散于水中，得到核材料分散液；将颈状层材料和水混合，得到颈状层材料水溶液；将所述核材料分散液和颈状层材料水溶液混合。在本发明中，所述接枝反应的pH值优选为5～7；调节所述接枝反应的pH值的试剂优选包括无机碱，所述无机碱优选包括氢氧化钠溶液。在本发明中，所述接枝反应的温度优选为35℃；所述接枝反应的时间优选为24h；所述接枝反应优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述透析的透析袋的截留分子量优选为5000Da；所述第一透析的时间优选为48h。
得到透析后的水溶液后，本发明将所述透析后的水溶液进行离子交换，得到H型分子。在本发明中，所述离子交换优选在阳离子交换树脂上进行，本发明对所述阳离子交换树脂的种类不做具体限定，只要能够将Na型分子交换成H型分子即可。
得到H型分子后，本发明将所述H型分子和冠状层材料混合，进行离子键合反应，得到所述离子型MXene无溶剂纳米流体。在本发明中，所述冠状层材料和颈状层材料的用量比优选与上述技术方案一致，在此不再赘述。在本发明中，所述离子键合反应的pH值优选为7。在本发明中，所述离子键合反应的温度优选为25～40℃；所述离子键合反应的时间优选为12～36h。下面结合实施例对本发明提供的MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的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
(1)少层MXene纳米内核的制备：
1.1采用温和酸刻蚀法制备：将2.0g LiF与30mL HCl溶液(6mol/L)混合，搅拌至完全溶解。然后缓慢加入3.0g Ti3AlC2粉末，将混合溶液在40℃下水浴加热并持续搅拌48h，将Al层剥离。反应结束后，将混合溶液反复洗涤、离心(3500rpm)，直至上清液pH值接近中性。随后，收集产物，冷冻干燥48h得到多层MXene粉末。取0.5g多层MXene粉末分散于200mL超纯水中，通入Ar，超声2h，随后在3500rpm下离心1h，收集上层溶液，冷冻干燥后获得少层MXene纳米片。
1.2采用HF刻蚀法制备：将3.0g Ti3AlC2粉末缓慢加入40％HF中，50℃下水浴加热并持续搅拌24h，将Al层剥离。将剥离后的MXene在NaOH中进行碱化处理2h，得到富含OH/ONa基团的MXene。使用去离子水对富含OH/ONa基团的MXene进行洗涤，直至上清液pH值接近中性。随后，收集产物，冷冻干燥4h，得到多层MXene粉末。取0.5g多层MXene粉末分散于20mLDMSO中进行插层处理15h，将插层后的MXene用超纯水洗涤多次，最后分散于200mL超纯水中，通入Ar，超声1h，随后在3500rpm下离心1h，收集上层溶液，冷冻干燥后获得少层的MXene纳米片。
(2)柔性有机双分子层的制备：以有机硅烷KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)作为颈状层材料，以NH2封端的聚醚胺M2070为冠状层材料，颈状层材料和冠状层材料等摩尔量加入到甲醇中，磁力搅拌24h，得到共价键合的柔性有机双分子层溶液；冠状层材料和甲醇的质量比为1：10。
(3)共价型MXene无溶剂纳米流体的制备：将步骤(1)中获得的少层的MXene纳米片加入到(2)有机分子外壳的甲醇溶液中，通入Ar，磁力搅拌12h后，通过旋蒸除去大部分溶剂，在水溶液中，采用透析袋(截留分子量为3500Da)透析48h，真空干燥48h，获得共价型MXene无溶剂纳米流体；少层的MXene纳米片与NH2封端的聚醚胺M2070的质量比为1：20。
(4)少层MXene纳米片-柔性有机双分子层物理混合材料：将步骤(1)中获得的少层的MXene纳米片加入到(2)的柔性有机双分子层溶液中，通入Ar，超声混合30分钟后，通过旋蒸除去大部分溶剂，真空干燥12h后，获得MXene纳米片与有机分子的混合物；其中少层的MXene纳米片与NH2封端的聚醚胺M2070的质量比为1：20。
测试例1
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对润滑材料(实施例1的少层MXene纳米片、柔性有机双分子层、共价型MXene无溶剂纳米流体、少层MXene纳米片与柔性有机双分子层物理混合材料)进行摩擦学性能测试。
摩擦学性能测试的条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为300N，频率为25Hz，振幅为1mm，周期为30分钟，温度为25℃。
结果如图1所示，从图1可以看出：与少层MXene、柔性有机双分子层和少层MXene纳米片-柔性有机双分子层物理混合材料相比，MXene无溶剂纳米流体表现出最低的摩擦系数。
测试例2
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对润滑材料(实施例1的柔性有机双分子层和共价型MXene无溶剂纳米流体)进行极压性能测试。
极压性能测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为100-1200N，每2分钟载荷增加50N，频率为25Hz，振幅为1mm，温度为25℃。
结果如图2。从图2可以看出：共价型MXene无溶剂纳米流体具有较好的极压性能，这是由于少层MXene核的引入显著提高了柔性有机双分子层的承载能力。
测试例3
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对润滑材料(实施例1的柔性有机双分子层、MXene无溶剂纳米流体和少层MXene纳米片-柔性有机双分子层物理混合材料)在不同载荷下的摩擦学性能进行测试。
测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为100-700N，频率为25Hz，振幅为1mm，周期为30分钟，温度为25℃。摩擦测试后，利用MicroXAM-3D测试磨损体积。
结果见表1。
表1不同润滑材料在不同载荷下的摩擦系数和磨损体积
Figure BDA0003704589140000101
Figure BDA0003704589140000111
测试例4
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对润滑材料(实施例1的柔性有机双分子层、共价型MXene无溶剂纳米流体)在不同频率下的摩擦学性能进行测试。
测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为300N和500N，频率为10～30Hz，每5分钟频率增加5Hz，振幅为1mm，温度为25℃。
结果如图3所示，从图3可以看出：与柔性有机双分子层相比，无论在低载荷还在高载荷条件下，共价型MXene无溶剂纳米流体在不同滑动速度下均具有较低的摩擦系数，且在高频高载条件下依旧表现出良好的润滑效果。
测试例5
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对对润滑材料(实施例1的柔性有机双分子层、MXene无溶剂纳米流体)在不同温度下的摩擦学性能进行测试。测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为300N，频率为25Hz，振幅为1mm，温度为25℃、50℃、100℃。
结果见表2。
表2不同润滑材料在不同温度下的摩擦系数和磨损体积
Figure BDA0003704589140000112
Figure BDA0003704589140000121
测试例6
将实施例1中得到的MXene无溶剂纳米流体作为添加剂分别添加到基础油聚乙二醇PEG 400和聚α烯烃PAO4中形成油基润滑剂1和油基润滑剂2，油基润滑剂中MXene无溶剂纳米流体的含量为1wt％。
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对油基润滑剂1和2及和单纯的聚乙二醇PEG 400基础油和单纯的聚α烯烃PAO4基础油摩擦学性能进行测试。
测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为100N，频率为25Hz，振幅为1mm，周期为30分钟，温度为25℃。摩擦测试后，利用MicroXAM-3D测试磨损体积。
结果见表3。
表3不同润滑材料的摩擦系数和磨损体积
Figure BDA0003704589140000122
测试例7
将实施例1中得到的MXene无溶剂纳米流体作为添加剂和水混合，得到水基润滑剂，水基润滑剂中MXene无溶剂纳米流体的含量为0.2～4wt％。
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对添加纳米流体的水基润滑剂和水的摩擦学性能进行测试。测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为50N，频率为25Hz，振幅为1mm，周期为30分钟，温度为25℃。
结果见表4。
表4不同水基润滑剂及纯水的摩擦系数
Figure BDA0003704589140000123
Figure BDA0003704589140000131
实施例2
(1)少层MXene纳米内核的制备同实施例1。
(2)离子型MXene无溶剂纳米流体的制备：将步骤(1)中获得的少层MXene纳米片分散到水中，超声形成均匀溶液。然后加入颈状层材料3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸水溶液，再用氢氧化钠溶液调节pH＝6，然后上述混合溶液在35℃搅拌反应24h，将3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸接枝到MXene纳米片表面。然后将上述水溶液采用透析袋(截留分子量为5000Da)透析48h，将透析后的水溶液经过阳离子交换树脂将Na型分子交换成H型。最后加入冠状层材料聚醚胺M2070调节pH＝7，真空干燥后获得室温可流动的离子型MXene无溶剂纳米流体。
测试例8
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对实施例2中的润滑材料(少层MXene纳米片和离子型MXene无溶剂纳米流体)和实施例1中的润滑材料(柔性有机双分子层和少层MXene纳米片-柔性有机双分子层物理混合材料)的摩擦学性能进行测试。测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为300N，频率为25Hz，振幅为1mm，周期为30分钟，温度为25℃。摩擦测试后，利用MicroXAM-3D测试磨损体积。结果如表5。
测试例9
将实施例2中得到的离子型MXene无溶剂纳米流体作为添加剂分别添加到基础油聚乙二醇PEG 400和水中，得到油基润滑剂3和水基润滑剂4；油基润滑剂3和水基润滑剂4中离子型MXene无溶剂纳米流体的含量均为1wt％。
采用SRV-Ⅳ微动摩擦磨损试验机对油基润滑剂3和水基润滑剂4及单纯的基础油乙二醇PEG 400和水进行测试。测试条件为：球盘接触模式，上球直径为10mm，对偶盘直径为24mm，厚度为7.9mm，均为GCr15不锈钢，试验载荷为100N，频率为25Hz，振幅为1mm，周期为30分钟，温度为25℃。摩擦测试后，利用MicroXAM-3D测试磨损体积。结果见表5。
表5MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂和不同基础油添加剂的摩擦系数及磨损体积
摩擦系数 磨损体积(10<sup>-5</sup>mm<sup>3</sup>)
离子型MXene无溶剂纳米流体 0.093 1.82
少层MXene纳米片 失效 -
柔性有机双分子层 0.115 2.00
少层MXene纳米片-柔性有机双分子层物理混合材料 0.112 4.23
油基润滑剂3 0.125 10.13
基础油乙二醇PEG400 0.140 12.53
水基润滑剂4 0.279 -
纯水 0.408 -
综上可以看出：本发明将MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂具有优异的减磨抗磨性能，作为添加剂加入到基础油或水中能够显著提高油基润滑剂或水基润滑剂的润滑性能。
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.MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，其特征在于，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂用于摩擦副的减摩抗磨；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。
2.MXene无溶剂纳米流体在摩擦学领域的应用，其特征在于，所述MXene无溶剂纳米流体作为润滑剂添加剂；所述MXene无溶剂纳米流体以少层的MXene为纳米核，以柔性有机双分子层为壳层；所述柔性有机双分子层包括颈状层和冠状层；所述颈状层和冠状层通过共价键键合或离子键键合。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述纳米核的质量百分含量为5～25％，所述壳层的质量百分含量为75～95％。
4.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述颈状层的材质包括有机硅烷；所述有机硅烷包括γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-(三羟基硅基)-丙烷磺酸、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、十四烷基二甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、3-(三羟基硅基)丙基甲基膦酸单钠盐、三甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵或二癸基甲基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵。
5.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述冠状层的材质包括NH2封端的聚醚胺或壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠；所述NH2封端的聚醚胺中聚醚胺为聚醚胺M1000、聚醚胺M2070、聚醚胺M3080或聚醚胺D2003。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述摩擦副为钢-钢、钢-陶瓷、陶瓷-陶瓷或钢-合金；所述摩擦副的工作条件包括：摩擦测试载荷为100～1200N，滑动速度为10～50Hz，温度为20～100℃。
7.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将所述MXene无溶剂纳米流体加入到基础油中，得到油基润滑剂；
所述基础油为聚乙二醇、聚α烯烃、液体石蜡或硅油。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述油基润滑剂中MXene无溶剂纳米流体的质量百分含量为0.1～8wt％。
9.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将所述MXene无溶剂纳米流体加入到水中，得到水基润滑剂。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述水基润滑剂中所述MXene无溶剂纳米流体的质量百分含量为0.1～8wt％。
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