[发明专利]纳米石墨烯层和颗粒以及引入它们的润滑剂

说明书

技术领域

本公开一般涉及纳米石墨烯层(nanographene 1ayer)、纳米石墨烯颗粒(nanographene particle)以及包括纳米石墨烯层或颗粒的润滑剂。

背景技术

在车用发动机的制造过程中以及在车用发动机的动力系和传输系统中部件的滑移和移动通过注意摩擦性能而得到改善。通常，在机器加工过程中通过用金属加工润滑剂(它减少摩擦和用作冷却剂)来完全地溢流加工过的区域的表面来实现摩擦减少。近年来，切削性润滑(MQL，即machine quality lubrication)已经用作该溢流工艺的替代方式。MQL润滑剂通常包括最低量的油基润滑剂的雾，而不是普通机械加工润滑剂所使用的较大量。

发明内容

在这里公开了制造至少一个纳米石墨烯层的方法。该方法包括选择X烃前体和Y氢气(H₂)使得X/Y比率是0.5-1，该烃前体包括CH₄、C₂H₂或C₃H₈中的至少一种。该方法进一步包括让烃前体经历采用所述氢气和氩气(Ar)的化学气相沉积。结果，i)该烃前体与氢气和氩气(Ar)根据下列反应进行反应：

X烃前体+Y H₂+Z Ar→2X石墨烯+(Y+2X)H₂+Z Ar，

其中Z是在5×(X+Y)至10×(X+Y)范围，和ii)该烃前体分解和自组装，以形成所述至少一个纳米石墨烯层。

本发明进一步体现在如下方面：

1.制造至少一个纳米石墨烯层的方法，该方法包括：

选择X烃前体和Y氢气(H₂)，以使X/Y比率是0.5-1，该烃前体包括CH₄、C₂H₂或C₃H₈中的至少一种；和

让所述烃前体经历采用所述氢气和氩气(Ar)的化学气相沉积，据此，i)该烃前体与所述氢气和氩气(Ar)根据下列反应进行反应：

X烃前体+Y H₂+Z Ar→2X石墨烯+(Y+2X)H₂+Z Ar，

其中，Z是5×(X+Y)至10×(X+Y)，和ii)该烃前体分解和自组装，以形成所述至少一个纳米石墨烯层。

2.方面1的方法，其中所述至少一个纳米石墨烯层沉积在位于用于进行所述化学气相沉积的化学气相沉积室内的基材的表面上。

3.方面2的方法，其中所述基材稳定到至少900℃。

4.方面1的方法，进一步包括通过以下方式减少表面的摩擦和磨损中的至少一种和改进该表面的热导率：

将预定量的所述至少一个纳米石墨烯层沉积在润滑剂中，该预定量是约0.05wt％到约5wt％；和

在该表面附近使用该润滑剂。

5.方面1的方法，其中该化学气相沉积是等离子体增强化学气相沉积，热灯丝化学气相沉积，或它们的组合。

6.方面1的方法，其中所述至少一个纳米石墨烯层具有在0.9-1.2TPa范围的杨氏模量，90-150GPa的断裂强度，以及4.84×10³至5.30×10³Wm^-1K^-1的热导率。

7.方面1的方法，进一步包括：

由所述至少一个纳米石墨烯层形成至少一个纳米石墨烯颗粒；和

将多个所述至少一个纳米石墨烯颗粒分散到润滑剂中。

8.方面7的方法，其中由所述至少一个纳米石墨烯层形成所述至少一个纳米石墨烯颗粒包括：通过调节所述氩气与所述氢气的流量比使所述至少一个纳米石墨烯层自弯曲，因此引起所述至少一个纳米石墨烯层自身弯曲来连接在其表面上的热力学不稳定的悬空键而形成C-C键，和形成所述至少一个纳米石墨烯颗粒。

9.方面8的方法，其中调节氩气与氢气的流量比包括增加所述氩气的流量和减少所述氢气的流量。

10.方面7的方法，其中将所述纳米石墨烯颗粒分散到所述润滑剂中是在没有分散剂或附加溶剂的情况下进行的。

11.由方面1的方法制造的纳米石墨烯层，其中所述纳米石墨烯层具有在0.9-1.2TPa范围的杨氏模量、90-150GPa的断裂强度以及4.84×10³至5.30×10³Wm^-1K^-1的热导率。

12.制造用于工业应用中的润滑剂的方法，该方法包括：