[发明专利]一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法，以葡萄糖为碳源，经高压水热反应，得到碳球；将碳球分散于去离子水和无水乙醇的混合溶液中，加入硅烷偶联剂和无水乙醇的混合溶液，在冷凝回流加热条件下进行反应，得到功能化碳球；将功能化碳球分散到N,N‑二甲基甲酰胺中，记为混合溶液A；配制三聚氰胺、三聚氯氰与三乙胺的N,N‑二甲基甲酰胺溶液，记为混合溶液B；将混合溶液B加入到混合溶液A中，超声分散，得到混合溶液C；将混合溶液C转移至水热釜中并加热进行反应；待反应结束，收集产物、离心、洗涤并干燥，得到碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法。

背景技术

近年来，随着碳纳米材料制备和应用技术的发展，石墨烯、碳纳米管和碳球等含碳纳米润滑添加剂的开发及应用已成为国内外研究的热点之一。在众多的碳纳米材料中，碳球由于其特殊的球形结构，可以充当微轴承，在接触界面之间产生物理分离，将滑动摩擦一定程度上转化为滚动摩擦，达到良好的润滑和抗磨损效果。公开号为CN111410185A的中国专利公开了一种在高浓度盐溶液中水热碳化制备碳微球的方法，但未改性碳球的分子间作用力强且易团聚，导致其在基础油中的分散性较差。因此，改善碳球表面的活性，进而提高碳球分散性，是其应用的关键所在。

共价有机聚合物材料是由特定构筑基元通过共价键连接而成的共轭有机多孔结晶聚合物，具有密度低、比表面积大、结构可调和易修饰等特点，二维共价有机聚合物材料结构与层状硅酸盐、硫化物和石墨烯类似，层内通过共价键连接，层间通过分子间作用力相互吸引，具有较低的界面剪切强度，易在摩擦副表面形成物理保护膜，阻止滑动表面之间的直接接触。公开号为CN110904685A的中国专利公开了一种二维共价有机聚合物改性柔性纤维织物及其制备方法，把具有润滑特性的润滑油片段接枝到二维共价有机聚合物的纳米颗粒中，有效实现固/油复合润滑作用，在保证聚四氟乙烯复合纤维织物自身柔性的前提下，降低了柔性纤维织物表面摩擦系数。

基于此，若能将碳球与二维共价有机聚合物材料进行复合，构筑核壳结构复合润滑剂，则可有效发挥碳球优异的力学性能及聚合物材料良好吸附性能的协同作用，从而大幅度改善复合润滑剂的摩擦学性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种二维共价有机聚合物包覆碳球纳米颗粒的制备方法。通过对碳球进行功能化改性，用以提升碳球在基础油中的分散稳定性，随后在功能化碳球表面包覆二维共价有机聚合物材料，以制备出高效、稳定的复合润滑剂，所制备出的复合纳米颗粒能够有效降低摩擦系数和磨损率，进而延长机械使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

1)将葡萄糖和草酸加入去离子水中，进行高压水热反应，反应结束后收集产物，离心、洗涤、干燥后得到碳球；

2)将步骤(1)制备的碳球分散于去离子水和无水乙醇的混合溶液中，加入硅烷偶联剂和无水乙醇的混合溶液，在冷凝回流加热条件下进行反应，反应结束后收集产物，然后离心、干燥后得到功能化碳球；

3)将步骤(2)制备的功能化碳球加入N,N-二甲基甲酰胺中配成混合溶液A，并超声分散均匀；将三聚氰胺、三聚氯氰、三乙胺加入到N,N-二甲基甲酰胺中配成混合溶液B，并超声分散；将混合溶液B加入到混合溶液A中，超声分散均匀，得到混合溶液C；

4)将步骤(3)制备的混合溶液C转移至水热釜中进行高压水热反应，反应结束后将产物洗涤、离心、干燥，得到碳球/二维共价有机聚合物纳米颗粒。

优选的，步骤(1)的葡萄糖溶液浓度为2.5mol/L，草酸加入量为1mg/mL。

优选的，步骤(1)中水热反应的温度为180℃，时间为8～12h。