[发明专利]一种铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法及其应用

说明书

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法及其应用。本制备方法包括：将盐酸多巴胺粉末加入硫酸铜的水/乙醇混合溶液，得到含有多巴胺和硫酸铜的混合液；向混合液中加入少量过氧化氢，在室温下搅拌，进行多巴胺的氧化聚合反应，得到聚多巴胺混合液；将混合液加热升温，并滴加次磷酸钠溶液搅拌，与铜离子进行还原反应，得到铜掺杂的聚多巴胺混合液；对混合液进行离心、清洗、干燥，得到铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒。本方法简单高效，且得到的纳米颗粒可作为润滑添加剂，展现出优异的分散性和润滑效果，可直接添加到润滑液中发挥减摩抗磨的作用，具有极大的应用前景。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法及其应用。

背景技术

贻贝之所以能粘附在各种基材上，是因为其足丝蛋白中包含的3,4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)具有很强的化学活性。多巴胺是DOPA的衍生物，它可以在碱性溶液中通过氧化自聚合反应在各种材料上形成聚多巴胺膜，尤其是与金属或金属氧化物具有很强的结合力。因此，受海洋贻贝的启发，聚多巴胺由于具备与许多功能性表面形成牢固化学键的特性而备受关注，已广泛用于各种基材改性和复合材料合成等领域。此外，聚多巴胺的润滑性能也使其展露出在摩擦学应用中的潜力。作为润滑添加剂，聚多巴胺纳米颗粒可以在金属摩擦副的接触区域形成牢固的吸附膜，从而避免摩擦副的直接接触。已有研究表明，将聚多巴胺与其他纳米材料复合是增强其性能的有效方法。例如铜/聚多巴胺/氧化石墨烯润滑添加剂、银/聚多巴胺润滑添加剂等，都展现出了出色的摩擦学性能。因此，制备聚多巴胺与金属的纳米复合材料并将其作为润滑添加剂具有巨大的潜力。

然而，多巴胺的氧化聚合反应需要在碱性的Tris-HCl缓冲溶液或者氨水或者NaOH溶液中反应超过24小时，但大多数金属离子不能在这种碱性溶液中存在(pH＝8.5)。因此，当前的聚多巴胺/金属复合材料的合成必须采用两步法：首先，在碱性溶液中制备聚多巴胺，然后在另一份溶液中进行与金属的复合，这使得当前聚多巴胺纳米复合材料的合成过程非常繁琐(24小时以上)。因此，基于聚多巴胺复合材料的优势，希望开发出简单高效的制备方法来合成一种聚多巴胺与金属颗粒的复合材料，同时拓展其作为润滑添加剂应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法及其应用，针对已有技术存在的上述问题，对聚多巴胺纳米颗粒的制备方法进行改进，使聚多巴胺纳米颗粒的制备工艺简单、效率高，且将其作为润滑添加剂应用。

本发明提出的铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)将盐酸多巴胺粉末加入硫酸铜的水/乙醇混合溶液中，加入的比例为：得到含有多巴胺和硫酸铜的混合液，其中，水/乙醇中，乙醇和水的体积比为1:(2～3)，硫酸铜的水/乙醇混合溶液中，硫酸铜质量与水/乙醇溶液的体积的配比为：3.5～15mg/ml，多巴胺和硫酸铜的混合液中，盐酸多巴胺与硫酸铜的质量比为1:(4～8)；

(2)室温下向步骤(1)的混合液中滴加过氧化氢，并搅拌，过氧化氢与混合液的体积比为0.03～0.06，搅拌时间为2～3小时，进行多巴胺的氧化聚合反应，得到聚多巴胺混合液；

(3)将步骤(2)的聚多巴胺混合液加热升温至60～80℃，搅拌时间为0.5-1小时，并滴加次磷酸钠溶液，使次磷酸钠与步骤(1)中硫酸铜的质量比为1:(2～4)，搅拌0.5～1小时，次磷酸钠与铜离子进行还原反应，得到铜掺杂的聚多巴胺混合液；

(4)对步骤(3)的铜掺杂的聚多巴胺混合液进行离心分离、清洗和干燥，得到铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒。

上述铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法的步骤(5)中，离心转速为10000-12000rpm，离心时间为10-30分钟。

上述铜掺杂聚多巴胺纳米颗粒的制备方法的步骤(5)中，干燥温度为40～70℃，干燥时间为20～28小时。