[发明专利]一种新型核-壳-冠结构无溶剂纳米流体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子化合物的组合物领域，具体涉及一种新型核-壳-冠结构无溶剂纳米流体的制备方法。

背景技术

二硫化钼作为一种常用的固体润滑剂，一方面因其具有层状结构，层与层之间的硫原子结合力（范德华力）较弱，易于滑动而表现出很好的减摩作用；另一方面暴露在晶体表面的硫原子对金属表面产生很强的黏附作用，形成很牢固的膜，润滑性能优于石墨。与普通二硫化钼相比，纳米二硫化钼有许多优异的性能，如：优异的摩擦性能，比表面积极大，吸附能力更强，反应活性高。

2005年Cornell大学的Bourlinos等人首次报道了在无溶剂存在的情况下表现为液体特性的功能化纳米粒子，是一种无溶剂纳米流体材料，称为纳米颗粒离子化材料（NIMs）。它是由无机纳米颗粒核和与其以化学键相连的离子化有机齐聚物或低聚物的冠状层组成的有机-无机杂化材料。根据核和冠状层的几何和化学性质的不同，NIMs可以是从玻璃态固体到自由流动的流体，即纳米颗粒离子化流体(NILs)。

传统的纳米流体是纳米尺寸的金属、金属氧化物或非金属氧化物颗粒分散在基体液体（如水、乙醇或润滑油等）中所形成的悬浮体系。尽管由于纳米颗粒的小尺寸效应，悬浮体系比较稳定，不易发生沉降，但在长期静置或高剪切速率的作用下，颗粒间的范德华尔力、氢键等作用会导致纳米颗粒凝聚，因而堵塞冷却系统管道或影响润滑膜的稳定性，因此，提高纳米颗粒在纳米流体中的分散稳定性是纳米流体能得到工业化应用所急需解决的问题。超声波振荡、添加表面活性剂和纳米粒子的表面化学修饰等方法可以降低纳米颗粒的凝聚倾向，提高纳米流体的稳定性，但并不能从根本上解决问题。而这里所指的纳米颗粒离子化材料（NIMs）是一种新型的纳米流体。首先，以化学键相连的有机冠状层是纳米核的悬浮介质，纳米颗粒离子流体中的每个纳米粒子被其周围的“溶剂”悬浮，这种结构使体系比传统的胶体体系稳定；其次，有机-无机杂化结构有利于设计和合成性能在较大范围内可调的纳米颗粒离子材料，例如：可以选择不同的无机纳米颗粒作核，合成具有不同特性的纳米离子材料；最后，有机冠状层和无机纳米核之间的共价键连接使体系非常稳定。并且根据无机纳米核和冠状物的不同，纳米颗粒离子化流体具有独特的性质。

(1)有机壳结构使纳米粒子能够稳定分散、不会团聚，从而保留了核结构纳米粒子所固有的物理化学性能，理论上可以被设计成为具有任何一种纳米材料特殊性能的体系，例如光致发光性能、磁性能、电性能等；

(2)内刚外柔的特殊核壳结构使整个体系不仅具有类似于液体的流动性—极大地增强了纳米粒子的加工性能，还具有不同于一般流体的特殊性能—纳米粒子的空间尺寸使纳米流体体系可以作为特殊的溶剂或者反应介质；

(3)有机壳层与纳米粒子紧密结合，物理作用(如混合、搅拌、离心等)无法使“溶剂相”与“溶质相”分离，更不会发生挥发、沉降等现象而使体系发生变化，这就消除了常规悬浮液体系使用小分子溶剂对环境的污染以及对复合材料性能的负面影响。可以说，纳米流体是一个宏观上的均相体系，即，每一个“溶质”粒子周围紧密结合了自己的那部分“溶剂”，这些“溶剂”不迁移、不挥发；

(4)通过调节组成有机壳结构的分子链长、种类及接枝密度，可以很容易地改变纳米流体体系的流变性能，再加上与不同核结构的组合，整个纳米流体体系的性能可以按照人们的需要任意改变。这使得纳米流体已经不仅仅是一类材料，更是一种技术手段—能够赋予传统纳米材料更多的功能。

(5)并且纳米粒子的尺寸小，可减小与固体接触面的磨损，因而可作为润滑剂，在微机电系统(MEMS)等的润滑领域有潜在应用。

以纳米二硫化钼为核制备一种新型的核-壳-冠结构无溶剂纳米流体，将两者优异的润滑性能相互契合，互为补充，是一种极有开发潜力的纳米润滑剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型核-壳-冠结构无溶剂纳米流体的制备方法。

本发明的目的是以二硫化钼为核合成一种无溶剂纳米流体，将纳米尺度的二硫化钼进行表面修饰，并以离子键的形式接上不同分子量的三取代胺，将二硫化钼优异的润滑性能与三取代胺本身良好的流变性能有机结合起来。其中，本发明采用核与壳不同的配比和反应条件可以得到不同修饰率的纳米二硫化钼颗粒，根据修饰率的不同再以离子键结合不同摩尔量和分子量的有机冠，可以得到一系列流动性及润滑性可控的纳米流体。更重要的是，这种以共价键和离子键结合的核-壳-冠结构纳米流体具有非常优异的润滑特性，具有作为高性能的润滑剂的发展前景。

本发明提出的新型核-壳-冠结构无溶剂纳米流体的制备方法，具体步骤如下：