一种纳米MoS2/石墨烯复合物添加剂的制作方法

本发明涉及一种纳米MoS₂/石墨烯复合物添加剂。

背景技术：

石墨烯（G）和二硫化钼（MoS₂）都是具有片层结构润滑材料，大量的研究报道了它们即作为固体润滑材料又可作为润滑油添加剂的应用。石墨烯和MoS₂的分子层间具有范德华力，因此层与层间易于滑动。另外，它们容易在摩擦副间形成边界润滑膜，这被认为是它们具有减摩抗磨效果的主要机理。Zhao Jun等报道了石墨烯、MoS₂纳米片分别作为液压油的添加剂。研究结果表明MoS₂ 纳米片在液压油中具有更好的减摩抗磨性能（J. Zhao等，Tribology Internationa，2016，l97，14–20）。Xu Yufu 等研究了石墨烯，MoS₂ 以及不同质量百分比的石墨烯/MoS₂混合物作为酯化生物油添加剂（Y.F. Xu等，Wear，2015，342-343，297–309）。结果表明在这些添加剂中，石墨烯/二硫化钼混合物的减摩抗磨效果要好于单独添加石墨烯和二硫化钼，并且添加0.3 wt%石墨烯 + 0.2 wt% MoS₂具有最好的润滑效果。然而，以上研究中所用的MoS₂颗粒尺寸都是微米级，将纳米尺寸的二硫化钼（1-100 nm）负载到石墨烯上，制备出纳米MoS₂/石墨烯复合物作为高温润滑油添加剂的研究却未见报道。

随着科技和工业的发展，现代工业正朝着极端苛刻环境发展，例如高速度，重载荷和高温情况。特别是高温环境对润滑状态下摩擦副的磨损速率有重要的影响。当润滑温度改变时，不仅润滑剂的粘度特征被改变，而且摩擦副的机械特征也会被改变。在现实的润滑剂应用环境下，有许多实际工况温度高于100^◦C，例如航空航天，采矿业和钢铁加工业等。这种特殊的工况将导致润滑剂变质和失效，使得润滑剂和润滑添加剂面临挑战。当今已经有许多高效的合成基础液，例如聚-a烯烃（PAO）、合成酯和聚醚（PAG）被开发出来以解决高温润滑问题。然而，这些合成基础油在高温下自身的减摩抗磨性能却不理想，需要加入减摩抗磨添加剂才能满足工业需求，因此研究开发在高温环境下使用的润滑油添加剂是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纳米MoS₂/石墨烯复合物添加剂。

一种纳米MoS₂/石墨烯复合物添加剂，其特征在于该添加剂通过以下方法制备得到：将石墨烯分散在硫代钼酸胺（(NH₄)₂MoS₄）的水-乙醇溶液中，加入浓盐酸使硫代钼酸胺分解成MoS₃负载到石墨烯上，分散体系通过滤膜过滤、去离子水洗涤，所得固体产物在空气中干燥、放入管式炉中抽真空，再通入氮气保护，于500-800℃将MoS₃转化成MoS₂，形成纳米MoS₂/石墨烯复合物（G-MoS₂）。

所述石墨烯与(NH₄)₂MoS₄的质量比为1:1；所述(NH₄)₂MoS₄与浓盐酸的质量体积比为0.2 g/mL；所述浓盐酸与水-乙醇溶剂的体积比为1:40。

所述水-乙醇溶剂中水和乙醇的体积比为1:1。

如上所述纳米MoS₂/石墨烯复合物添加剂作为酯类油、聚醚、聚乙二醇的添加剂的应用。

本发明所述的纳米MoS₂/石墨烯复合物（G-MoS₂）添加到聚醚（PAG）、聚乙二醇（PEG）和合成酯类油中，在温度50-125 ℃均表现出优异的减摩抗磨性能，它们的摩擦学性能均要好于分别将石墨烯、MoS₂（商业品，粒径 0.5 µm）和石墨烯/MoS₂混合物添加到这些基础油中的摩擦学性能。

附图说明

图1为实施例1中所述的纳米MoS₂/石墨烯复合物（G-MoS₂）的高分辨扫描电子图像（a，b）和透射电子显微图像（c，d）。

图2为聚醚（PAG），0.5% G，0.5% MoS₂，0.3% G+0.2% MoS₂和0.5% G-MoS₂（实施例1中所制备）在100 ℃，频率25 Hz，载荷分别为25 N（a），50 N（b），75N（c）和100 N（d）时长磨30 min的摩擦系数曲线。

图3为聚醚（PAG），0.5% G，0.5% MoS₂，0.3% G+0.2% MoS₂和0.5% G-MoS₂（实施例1中所制备）在100 ℃，频率25 Hz，载荷分别为25 N，50 N，75N和100 N时长磨30 min磨斑的磨损量。

图4为聚醚（PAG），0.5% G，0.5% MoS₂，0.3% G+0.2% MoS₂和0.5% G-MoS₂（实施例1中所制备）在50 N，频率25 Hz，温度分别为25 ℃（a），50 ℃（b），75 ℃（c），100 ℃（d）和125 ℃时长磨30 min的摩擦系数曲线。

图5为聚醚（PAG），0.5% G，0.5% MoS₂，0.3% G+0.2% MoS₂和0.5% G-MoS₂（实施例1中所制备）在50 N，频率25 Hz，温度分别为25 ℃，50 ℃，75 ℃，100 ℃和125 ℃时长磨30 min磨斑的磨损量。

具体实施方式

实施例1

将100 mg石墨烯加入到20 mL含有100 mg硫代钼酸胺的水-乙醇（v:v=1:1）溶液中，之后加入0.5 mL浓盐酸，充分搅拌后用滤膜过滤，去离子水洗涤，在空气中干燥。干燥后的粉末固体放入管式炉中，抽真空，之后通过高纯氮气保护，升温至500 ℃并保持1 h。冷却后得到纳米MoS₂/石墨烯（G-MoS₂）添加剂。

将上述制备的纳米MoS₂/石墨烯（G-MoS₂），商品石墨烯（G）和商品MoS₂（0.5 µm）分别添加到聚醚（PAG）中，充分搅拌后，用超声波分散2 h，得到0.5% G-MoS₂，0.5% G，0.5% MoS₂和0.3%G+ 0.2%MoS₂分散体系。

实施例2

将100 mg石墨烯加入到20 mL含有100 mg硫代钼酸胺的水-乙醇（v:v=1:1）溶液中，之后加入0.5 mL浓盐酸，充分搅拌后用滤膜过滤，去离子水洗涤，在空气中干燥。干燥后的粉末固体放入管式炉中，抽真空，之后通过高纯氮气保护，升温至600 ℃并保持1 h。冷却后得到纳米MoS₂/石墨烯（G-MoS₂）添加剂。

将上述制备的纳米MoS₂/石墨烯（G-MoS₂），商品石墨烯（G）和商品MoS₂（0.5 µm）分别添加到聚醚（PAG）中，充分搅拌后，用超声波分散2 h，得到0.5% G-MoS₂，0.5% G，0.5% MoS₂和0.3%G+ 0.2%MoS₂分散体系。

实施例3

将100 mg石墨烯加入到20 mL含有100 mg硫代钼酸胺的水-乙醇（v:v=1:1）溶液中，之后加入0.5 mL浓盐酸，充分搅拌后用滤膜过滤，去离子水洗涤，在空气中干燥。干燥后的粉末固体放入管式炉中，抽真空，之后通过高纯氮气保护，升温至800 ℃并保持1 h。冷却后得到纳米MoS₂/石墨烯（G-MoS₂）添加剂。

将上述制备的纳米MoS₂/石墨烯（G-MoS₂），商品石墨烯（G）和商品MoS₂（0.5 µm）分别添加到聚醚（PAG）中，充分搅拌后，用超声波分散2 h，得到0.5% G-MoS₂，0.5% G，0.5% MoS₂和0.3%G+ 0.2%MoS₂分散体系。

结构分析：将实施例1的产物分散在无水乙醇中，通过JSM－6701F 冷场发射型扫描电镜和JEM-1200EX 透射电子显微镜测定其外观形貌，如附图1所示。结果表明在实施例1所制备的纳米MoS₂/石墨烯复合物中，负载到石墨烯上的MoS₂纳米颗粒尺寸小于50 nm。

产物的摩擦学性能评价

1. 采用德国Optimol油脂公司生产的SRV-IV 微振动摩擦磨损试验机测试实施例1中制备的0.5% G-MoS₂，0.5% G，0.5% MoS₂以及0.3%G+0.2%Mo₂在聚醚（PAG）中，温度100 ℃，频率25 Hz，振幅1 mm，载荷分别为25 N，50 N，75 N，和100 N时长磨30 min时的摩擦系数f，试验所用钢球为F=10 mm的GCr15轴承钢，下试样为F24×7.9 mm的GCr15钢块。结果见附图2。由图可以看出，在100℃，0.5% G-MoS₂在不同载荷下均能显著降低PAG的摩擦系数。另外，纳米MoS₂/石墨烯复合物在PAG中的减摩性能也明显优于石墨烯、微米级的MoS₂和石墨烯/MoS₂混合物。

2. 采用MicroXAM 3D 非接触的表面测试仪测试实施例1 中制备的0.5% G-MoS₂，0.5%G，0.5%MoS₂，0.3%G+0.2%Mo₂在聚醚（PAG）中，100 ℃，频率25 Hz，振幅1 mm，载荷分别为25 N，50 N，75 N，和100 N时长磨30 min时磨斑的磨损体积，如附图3所示。结果表明，在100℃，0.5% G-MoS₂在不同载荷下均能显著降低PAG的摩损体积。另外，纳米MoS₂/石墨烯复合物在PAG中，于不同载荷下的抗磨性能也明显优于石墨烯、微米级的MoS₂和石墨烯/MoS₂混合物。

3. 采用德国Optimol油脂公司生产的SRV-IV 微振动摩擦磨损试验机测试实施例1 中制备的0.5% G-MoS₂以及0.5%G，0.5%MoS₂，0.3%G+0.2%Mo₂在聚醚（PAG）中，载荷50 N，频率25 Hz，振幅1 mm，温度分别为25 ℃，50 ℃，75 ℃，100 ℃和125 ℃长磨30 min时的摩擦系数f，试验所用钢球为F=10 mm的GCr15轴承钢，下试样为F24×7.9 mm的GCr15钢块。结果见附图4。由图可以看出，在室温25℃，各种添加剂均没有表现出明显的减摩性能。而随着温度的升高，0.5% G-MoS₂ 减摩性能显著提高，并且明显好于石墨烯、微米级的MoS₂和石墨烯/MoS₂混合物。当温度升到125 ℃，G-MoS₂的减摩性能会随着时间增长而失效。

4. 采用MicroXAM 3D 非接触的表面测试仪测试实施例1 中制备的0.5% G-MoS₂以及0.5%G，0.5%MoS₂，0.3%G+0.2%Mo₂在聚醚（PAG）中，载荷50 N，频率25 Hz，振幅1 mm，温度分别为25 ℃，50 ℃，75 ℃，100 ℃和125 ℃长磨30 min时磨斑的磨损量。结果见附图5。由图可以看出，在室温25℃，各种添加剂的抗磨性能不是很明显。而随着温度的升高，0.5% G-MoS₂ 抗磨性能显著提高，并且明显好于石墨烯、微米级的MoS₂和石墨烯/MoS₂混合物。