[发明专利]一种无溶剂二氧化硅纳米类流体及其应用

说明书

本发明公开了一种无溶剂二氧化硅纳米类流体，该无溶剂二氧化硅纳米类流体先通过共价键用带膦酸官能团的表面修饰剂修饰无机二氧化硅纳米粒子，再利用离子键将端氨基嵌段低聚物接枝在修饰后的二氧化硅表面，接枝外壳结构能显著抑制纳米颗粒的团聚，得到长期稳定的具有类流体行为的新型功能化纳米材料。本发明还公开了该类流体的应用。本发明所述二氧化硅纳米类流体作为润滑剂和基础油添加剂均具有优异的减摩抗磨特性，膦酸基官能团的引入使其易于通过静电作用吸附在摩擦基底表面，形成有机‑无机杂化结构双电子层，增强吸附膜的润滑能力；同时，二氧化硅纳米颗粒在界面的堆积提高了摩擦化学反应膜的承载能力，改善摩擦副的边界润滑性能。

技术领域

本发明属于润滑剂技术领域，涉及一种无溶剂二氧化硅纳米类流体及其应用。

背景技术

纳米材料具有诸多独特的物理化学性质，如量子尺寸效应、小尺寸效应和表面效应，在光、电、热、磁、催化等方面应用前景广阔，因此多年来备受人们的关注，被美国化学会誉为“二十一世纪最有前途的材料”。但是纳米材料尺寸很小，表面能高，易于团聚，且表面与有机基体之间结合力差，若未经改性的纳米粒子直接使用，则不能充分发挥其特性和优势，影响输出性能。因此在使用时必须对无机纳米材料进行表面处理改善粒子的分散稳定性，阻止或减少团聚发生，保持固有的优异特性。目前对无机纳米粒子的改性主要分为化学改性和物理改性两大类。物理改性通过范德华力、氢键力等分子间作用力将无机或有机改性剂吸附在纳米粒子表面，从而降低表面张力，减少纳米粒子间的团聚，达到稳定分散的目的。而化学改性是通过纳米粒子表面与修饰剂之间进行化学反应或化学吸附，改变纳米粒子表面的结构和状态，降低团聚的几率。

物理和化学改性能在一定程度上解决纳米粒子由于高表面能而引起的自团聚问题，但前人的研究表明，经过表面改性的纳米粒子往往呈固态，提高溶剂中改性纳米颗粒的长期稳定性仍是一个挑战。直到2004年，美国康奈尔大学的Giannelis等人研究发现，在纳米粒子表面嫁接带电荷的功能化有机长链，可使纳米颗粒在无溶剂的条件下具有类似于液体的行为，从而提出了新的研究热点-无溶剂纳米类流体（Advanced FunctionalMaterials, 2005, 15, 1285-1290; Advanced Materials, 2005, 17, 234-237）。这类新型纳米材料表面接枝的带电荷的外壳结构，显著抑制了纳米粒子的团聚，获得了长期稳定的纳米类流体，而且能够避免溶剂对环境造成污染。简单来说，纳米类流体就是集纳米粒子的物理化学特性和流体的流变学性能于一身的体系，它们具有非常规整的微观结构，低的粘度以及高的电导率。经过十多年的研究探索，多种功能性纳米类流体被成功设计制备。已有研究表明二硫化钼和石墨烯纳米类流体作为基础油添加剂，具有显著的减摩抗磨特性（Materials Letters, 2013, 97, 169-172; Tribology International, 2017, 105,118-124）。

二氧化硅纳米颗粒作为润滑油添加剂被证明能显著提高油膜的抗极压性能（ACSSustainable Chem. Eng. 2017, 5, 4223-4233; Nanoscale Res. Lett. 2016, 11,329），纳米颗粒的高弹性模量以及摩擦过程中产生的滚珠效应是其润滑性能提高的原因。二氧化硅纳米类流体独特的核-壳结构以及带电荷特性可能使其具备优异的润滑特性以及在润滑油中的长期稳定性。然而，目前尚没有陶瓷纳米颗粒类流体作为润滑剂和润滑油添加剂的公开报导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无溶剂二氧化硅纳米类流体及其应用。