[发明专利]一种自支撑还原氧化石墨烯涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自支撑还原氧化石墨烯涂层及其制备方法和应用。该方法包括以下具体步骤：以黄铜片为阴极，铜片为阳极，两极置于复合电镀液，加入磷酸调节复合电镀液的pH值，并在两极间施加脉冲电流，在黄铜片表面沉积得到还原氧化石墨烯/铜复合材料；以制得的还原氧化石墨烯/铜复合材料为阳极，石墨电极为阴极，将两极置于电解抛光液中，并在两极间施加恒定电压，部分溶解还原氧化石墨烯/铜复合材料表面铜成分，得到自支撑还原氧化石墨烯涂层。本发明方法简易，成本低廉，易于大面积生产。所得自支撑还原氧化石墨烯涂层可以用作自润滑涂层，具有摩擦系数低，磨损量少，承载力高，寿命长的优点。

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，更具体地，涉及一种自支撑还原氧化石墨烯涂层及其制备方法和应用。

背景技术

据估计，全世界有1/2～1/3的能源以各种形式消耗在摩擦上。而摩擦导致的磨损是机械设备失效的主要原因，大约有80％的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的。因此，控制摩擦减少磨损，改善润滑性能已成为节约能源和原材料，缩短维修时间的重要措施。在寻找新型润滑材料的研究中，石墨烯因其表面能低、强度高、抗剪切能力低等特点而受到人们的关注。已有文献报道，由旋涂、化学气相沉积、电泳沉积等方法制备的石墨烯涂层可以有效减少钢、铜、硅等材料的摩擦和磨损。然而这些方法制备的石墨烯涂层普遍存在寿命短，承载能力差等不足。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种自支撑还原氧化石墨烯涂层的制备方法。该方法简易，成本低廉，易于大面积生产，可应用去表面轮廓复杂的零部件。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的自支撑还原氧化石墨烯涂层。该涂层是由还原氧化石墨烯纳米片组成，并且还原氧化石墨烯纳米片的平面一部分嵌于基体内部一部分露于基体表面，形成自支撑结构。

本发明的再一个目的在于提供上述自支撑还原氧化石墨烯涂层的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种自支撑还原氧化石墨烯涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

S1.以黄铜片为阴极，铜片为阳极，两极置于复合电镀液，加入磷酸调节复合电镀液的pH值，并在两极间施加脉冲电流，在黄铜片表面沉积得到还原氧化石墨烯/铜复合材料；

S2.以步骤S1制得的还原氧化石墨烯/铜复合材料为阳极，石墨电极为阴极，将两极置于电解抛光液中，并在两极间施加恒定电压，部分溶解还原氧化石墨烯/铜复合材料表面铜成分，得到自支撑还原氧化石墨烯涂层。

优选地，步骤S1中所述复合电镀液为氧化石墨烯和乙二胺四乙酸铜二钠的水溶液。

更为优选地，所述氧化石墨烯的浓度为0.1～0.4g/L，所述乙二胺四乙酸铜二钠水溶液的浓度为1～10mmol/L。

优选地，步骤S1中所述磷酸的质量浓度为20～30％，所述pH值为1～3。

优选地，步骤S1中所述脉冲电流的参数如下：脉冲平均电流密度为0.1～1.2A/dm²、脉冲占空比为1～50％、脉冲频率为50～100Hz和脉冲时间为20～70min。

优选地，步骤S2中所述电解抛光液包括正磷酸和无水乙醇。

更为优选地，所述正磷酸和无水乙醇的体积比为1：(1～2)。

优选地，步骤S2中所述恒定电压为1.2～2V，所述施加的时间为30～240s。

一种自支撑还原氧化石墨烯涂层是由上述方法制备得到。

所述自支撑还原氧化石墨烯涂层在自润滑涂层领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：