CN1804012A - 一种PVP－Fullerene纳米润滑剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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甘学辉
吴晓铃
马晓建
叶国铭
荆自明
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Abstract

本发明公开了一种PVP－Fullerene纳米润滑剂及其制备方法和应用，分子量为60000～72000，其制备方法是，按Fullerene和PVP的摩尔比为1∶1.5～3.5聚合；在负压下蒸发干燥，将结晶的固体再次溶解在蒸馏水中，水溶液经过超声波降解得到完全性的水溶液；将混合物水溶液通过0.1um～0.25um微孔过滤，将滤液在真空下干燥得到PVP－Fullerene结晶体；PVP－Fullerene粉末、蒸馏水、1，3－BG溶剂按质量比10∶15∶75混合，制得PVP－Fullerene纳米润滑剂。本发明的有益效果是广泛应用于微型机械、精密空间机械、植入人体机械、微电子等要求非常高的地方，具有重要的经济价值。

Description

一种PVP-Fullerene纳米润滑剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种新型纳米材料及其制备方法和应用，特别是涉及一种PVP(聚乙烯吡咯烷酮)-Fulleren(C60和C70)混合体e纳米润滑剂及其制备方法和应用。
背景技术
纳米材料摩擦学是90年代以来摩擦学研究领域最活跃也是材料科学与摩擦学交叉领域最前沿的课题之一，这是高新技术迅速发展的需要和推动的结果。计算机和磁记录系统中存储的高密度和高速度化，都要求对磁盘和磁头间提供超精细和纳米级的保护与润滑；集成电路加工需要的微型机械和空间机械的精密化，以及生物体内植入的运动部件等，都对宏观概念的摩擦、磨损与润滑及材料提出了全新的要求。同时，纳米科学本身的迅速发展，以及从纳米尺度研究材料的力学、物理和化学性能的技术和手段的出现等，都极大地推动了纳米材料摩擦学的形成与发展，使之成为纳米科学研究领域中一个不可忽视的分支领域。
纳米材料富勒烯(C60)是1985年Kroto等人发现的碳元素的第三种同素异形体，富勒烯C60是由60个C原子以C-C键相连，由十二个五圆环和二十个六圆环组成的三十二面体空心笼状结构的分子，外形酷似足球。分子直径约0.71nm，内腔直经约0.3nm，可容纳各种原子及小的分子基团，C60分子可发生氧化还原反应、亲核加成、亲电加成、自由基加成、环加成、共聚反应等一系列反应[1]。C60的发现是继高温超导氧化物发现以来举世瞩目的科学新成就。其发现者Kroto、Smalley和Curl因此于1996年被授予诺贝尔化学奖，充分说明了富勒烯对当代科学技术发展的重要意义。现有的研究已初步发现，C60及其衍生物在超导、磁性材料、光学材料、催化利、生物活性等方面均表现出优越的性能。
自从制得克量级的C60以来，其在超导、光、电、磁、生物和润滑等领域的研究有迅速发展。C60分子以其具有独特球形及高硬度的富勒烯膜的摩擦学特性研究正引起人们的高度重视。富勒烯分子以其独特的球形结构，强的抗压性(耐压程度高于钻石，显微硬度高达18GPa)，强的分子内作用力以及弱的分子间作用力[2]，引起了摩擦学家的极大兴趣，人们预测它可以作为微球滚珠润滑剂。理论模型研究发现[3]，富勒烯分子在低压下能在石墨表面间或钻石表面间滚动，试验表明富勒烯作为润滑油(脂)的添加剂可以减少摩擦、磨损，提高承载能力。由于富勒烯只溶于苯、甲苯等为数不多的非极性溶剂中，因而在这些试验中富勒烯均通过物理或机械方式(如研磨、超声波、溶解挥发)分散于润滑液中，使分子以分子簇或超微粒等聚集态形式存在，因而难以实现真正的“分子滚珠”设想。富勒烯在摩擦学中的应用研究还刚刚开始，而富勒烯衍生物的摩擦学研究更很少见报道。
参考文献
[1]雷红，旅建斌，胡晓.富勒烯(C60)的摩擦学研究进展.润滑与密封，No.1 31～33，2002
[2]段标.聚合物简球润滑添加刑的合成及摩擦学特性的研究[D].武汉：华中理工大学，1997
[3]Tsuchiya T，Yamakoshi YN，Miyata N.Biochem Biophys Res Commun.1995 Jan26；206(3)：885-94.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种PVP-Fullerene纳米润滑剂及其制备方法和应用，以弥补现有技术的不足，满足生产和某些领域发展的需要。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种PVP-Fullerene纳米润滑剂，其分子量为60000～72000，具有如下分子结构：
一种PVP-Fullerene纳米润滑剂制备方法，包括如下步骤：
(1)室温下，将干燥的Fullerene溶入甲苯中，将PVP溶入甲醇中，按Fullerene和PVP的摩尔比为1∶1.5～3.5聚合；
(2)混合物充分混合和溶解后，在负压下蒸发干燥，将结晶的固体再次溶解在蒸馏水中，水溶液经过超声波降解得到完全性的水溶液；
(3)将混合物水溶液通过0.1uM～0.25uM微孔过滤，将滤液在真空下干燥得到PVP-Fullerene结晶体；
(4)PVP-Fullerene粉末、蒸馏水、1，3-BG溶剂按质量比10∶15∶75混合，制得PVP-Fullerene纳米润滑剂。
作为优选的技术方案：步骤(2)得到的完全性的水溶液通过共沸蒸馏悬浮液，去除甲苯。
PVP-Fullerene纳米润滑剂应用在微型机械、精密空间机械、植入人体机械、微电子等摩擦学研究领域。
其中，Fullerene(C60和C70混合体)——华中科技大学纳米材料研究室销售；PVP(聚乙烯吡咯烷酮)——高分子材料，市场有售；1，3-BG溶剂市场上直接购买。
本发明的有益效果是：本发明的纳米固体润滑剂或润滑添加剂，可以广泛应用于微型机械、精密空间机械、植入人体机械、微电子等许多要求非常高纳米材料润滑的地方，属高新技术成果。目前国内这方面产品基本依赖进口，开发自主知识产权的纳米固体润滑剂具有重要的经济价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
一种PVP-Fullerene纳米润滑剂，分子量为60000，其制备方法包括如下步骤：室温下，将干燥的Fullerene溶入甲苯中，将PVP溶入甲醇中，按Fullerene和PVP的摩尔比为1∶1.5聚合；混合物充分混合和溶解后，在负压下蒸发干燥，将结晶的固体再次溶解在蒸馏水中，水溶液经过超声波降解得到完全性的水溶液；得到的完全性的水溶液通过共沸蒸馏悬浮液，去除甲苯；将混合物水溶液通过0.1uM微孔过滤，将滤液在真空下干燥得到PVP-Fullerene结晶体；PVP-Fullerene粉末、蒸馏水、1，3-BG溶剂按质量比10∶15∶75混合，制得PVP-Fullerene纳米润滑剂。应用在微型机械领域，由于微型机械运动要求很精密，精度要求高，本纳米润滑剂由于具有分子级别的润滑尺寸，可以承受高压和耐磨条件，满足微型机械领域的润滑需要。普通润滑剂由于团聚作用，抗磨能力差，满足不了微型机械领域润滑要求。
实施例2
一种PVP-Fullerene纳米润滑剂，分子量为70000，其制备方法包括如下步骤：室温下，将干燥的Fullerene溶入甲苯中，将PVP溶入甲醇中，按Fullerene和PVP的摩尔比为1∶2聚合；混合物充分混合和溶解后，在负压下蒸发干燥，将结晶的固体再次溶解在蒸馏水中，水溶液经过超声波降解得到完全性的水溶液；得到的完全性的水溶液通过共沸蒸馏悬浮液，去除甲苯；将混合物水溶液通过0.25uM微孔过滤，将滤液在真空下干燥得到PVP-Fullerene结晶体；PVP-Fullerene粉末、蒸馏水、1，3-BG溶剂按质量比10∶15∶75混合，制得PVP-Fullerene纳米润滑剂。应用在精密空间机械领域，由于精密空间机械运动要求很精密，精度要求高，本纳米润滑剂由于具有分子圆球的润滑效果，可以承受高压和耐磨条件，满足精密空间机械领域的润滑需要。普通润滑剂由于团聚作用，抗磨能力差，满足不了精密空间机械领域润滑要求。
实施例3
一种PVP-Fullerene纳米润滑剂，分子量为60000～72000，其制备方法包括如下步骤：室温下，将干燥的Fullerene溶入甲苯中，将PVP溶入甲醇中，按Fullerene和PVP的摩尔比为1∶3.5聚合；混合物充分混合和溶解后，在负压下蒸发干燥，将结晶的固体再次溶解在蒸馏水中，水溶液经过超声波降解得到完全性的水溶液；得到的完全性的水溶液通过共沸蒸馏悬浮液，去除甲苯；将混合物水溶液通过0.2uM微孔过滤，将滤液在真空下干燥得到PVP-Fullerene结晶体；PVP-Fullerene粉末、蒸馏水、1，3-BG溶剂按质量比10∶15∶75混合，制得PVP-Fullerene纳米润滑剂。应用在微电子领域，由于微电子领域润滑精度要求高，并且要求高速、耐磨，使用周期长。本纳米润滑剂由于具有分子圆球的润滑效果，可以承受高速和耐磨条件，满足微电子领域润滑需要。普通润滑剂由于团聚作用，承受高速和抗磨能力差，满足不了微电子领域润滑要求。

Claims (5)

1.一种PVP-Fullerene纳米润滑剂，其特征在于，具有如下分子结构：
Figure A2005101115310002C1
2.根据权利要求1所述的润滑剂，其特征在于，其分子量为60000～72000。
3.一种如权利要求1所述的润滑剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)室温下，将干燥的Fullerene溶入甲苯中，将PVP溶入甲醇中，按Fullerene和PVP的摩尔比为1∶1.5～3.5聚合；
(2)混合物充分混合和溶解后，在负压下蒸发干燥，将结晶的固体再次溶解在蒸馏水中，水溶液经过超声波降解得到完全性的水溶液；
(3)将混合物水溶液通过0.1uM～0.25uM微孔过滤，将滤液在真空下干燥得到PVP-Fullerene结晶体；
(4)PVP-Fullerene粉末、蒸馏水、1，3-BG溶剂按质量比10∶15∶75混合，制得PVP-Fullerene纳米润滑剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)得到的完全性的水溶液通过共沸蒸馏悬浮液，去除甲苯。
5.一种如权利要求1所述的润滑剂的应用，其特征在于，应用在微型机械、精密空间机械、植入人体机械、微电子领域。
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