[发明专利]石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂及其合成方法

说明书

本发明公开了石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂及其合成方法，其中，合成方法包括：将石墨与高质量比的浓硫酸和高锰酸钾混合并进行氧化反应，得到含有氧化石墨和/或氧化石墨烯的混合液；向混合液中加双氧水，还原未反应的高锰酸钾，并加水稀释后超声预定时间，得到氧化石墨烯混合液；调节氧化石墨烯混合液的pH至碱性，反应得到四氧化三锰并负载在氧化石墨烯上，对混合物进行蒸发或者过滤，得到固体产物；将固体产物在高温下进行还原处理，得到石墨烯/四氧化三锰复合产物；将石墨烯/四氧化三锰复合产物经清洗后进行球磨处理，得到石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂。该方法简单高效，且制备得到的添加剂具有优异的分散性和润滑性。

技术领域

本发明属于材料领域，具体而言，涉及石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂及其合成方法。

背景技术

随着工业现代化的发展，机械装备正向着高速重载方向发展，其对零部件摩擦副的减摩耐磨性能提出了更高的挑战。为降低机械装备的摩擦能耗及提升运行稳定性，润滑油的使用起到了极大的作用。如今，润滑油和添加剂发展从初期的适应机械运转要求转变到环保与节能的要求。然而传统的抗磨添加剂含有硫磷等基团，易造成金属腐蚀和环境污染问题。石墨烯具有优异的力学性能，其断裂强度可达130Gpa，杨氏模量1.1Tpa。石墨烯优异的力学特性和化学稳定性为其作为纳米润滑添加剂的研究与应用奠定了基础。由于石墨烯在物理化学材料等不同领域的巨大应用前景，极大地促进了石墨烯制备技术的快速发展和工艺流程的不断完善，为其作为润滑添加剂的应用提供了更好的途径。

然而，结构完整的石墨烯化学稳定性高，不易被修饰，与其他介质相互作用较弱，且层间存在很大的范德华引力，难以在许多常见溶剂中分散形成稳定的溶液。若直接与非极性有机溶剂混合，分散稳定性差，会引起整个体系的性能下降。如何解决石墨烯易团聚及在润滑油脂中的稳定分散是石墨烯作为润滑油添加剂研究的关键。一般地，通过物理表面修饰的纳米微粒仍然不太稳定易发生二次团聚；化学表面修饰往往改变了石墨烯的表面特性，例如在纳米颗粒表面包裹了本身具有良好摩擦学性能的二烷基二硫代磷酸酯等化合物，其润滑性能已经完全发生了改变，最终结果往往是两种甚至多种物质的综合表现，并非是纳米添加剂润滑特性的真实体现。虽然化学修饰的石墨烯具有良好的溶解性，但是由于外来原子或官能团的引入很可能破坏其结构，使其本证性能显著降低。例如石墨片层边缘产生不规整的褶皱弯曲，层内碳原子发生破坏缺失等这些都会降低石墨烯的润滑特性。

因此，开发出一种能够稳定分散到润滑油脂当中，同时具有良好的抗磨减摩效果的石墨烯润滑油添加剂是该领域研究人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂及其合成方法。本发明提出的合成石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂的方法工艺简单、生产成本低，且制备得到的石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂具有优异的分散稳定性和润滑特性，可以直接添加到润滑油脂中，在润滑减磨方面具有极大的应用前景。

本发明是基于以下问题提出的：

通过在石墨烯表面负载纳米粒子可以降低石墨烯间的范德华吸引力作用，可提高颗粒间空间位阻效应，进而降低了石墨烯的团聚作用，并且纳米粒子的加入可进一步提升添加剂的润滑特性，达到协同润滑效应。例如，前人研究了石墨烯负载氧化铁纳米颗粒作为复合润滑油添加剂的制备和应用，也有人研究了石墨烯表面负载铜纳米粒的研究工作。

然而，前人工作大多需要提供纯净的氧化石墨或氧化石墨烯作为负载体，即需要充分清洗负载体，该过程费时不经济；此外负载过程往往需要通过两步或多步骤的形成负载纳米粒和还原石墨烯，并且化学还原之后仍然需要大量的清洗去除有毒化学试剂和杂质。

为此，根据本发明的一个方面，本发明提出了一种原位合成石墨烯/四氧化三锰复合纳米润滑添加剂的方法，包括：