[發明專利]一種新型核-殼-冠結構無溶劑納米流體的制備方法

無效

• 申請號: 201210044621.0
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102618350A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 顧書英;張逸晗;嚴倍倍;任杰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C10M103/06
• 分類號: C10M103/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于高分子化合物的組合物領域，具體涉及一種新型核-殼-冠結構無溶劑納米流體的制備方法。

背景技術

二硫化鉬作為一種常用的固體潤滑劑，一方面因其具有層狀結構，層與層之間的硫原子結合力（范德華力）較弱，易于滑動而表現出很好的減摩作用；另一方面暴露在晶體表面的硫原子對金屬表面產生很強的黏附作用，形成很牢固的膜，潤滑性能優于石墨。與普通二硫化鉬相比，納米二硫化鉬有許多優異的性能，如：優異的摩擦性能，比表面積極大，吸附能力更強，反應活性高。

2005年Cornell大學的Bourlinos等人首次報道了在無溶劑存在的情況下表現為液體特性的功能化納米粒子，是一種無溶劑納米流體材料，稱為納米顆粒離子化材料（NIMs）。它是由無機納米顆粒核和與其以化學鍵相連的離子化有機齊聚物或低聚物的冠狀層組成的有機-無機雜化材料。根據核和冠狀層的幾何和化學性質的不同，NIMs可以是從玻璃態固體到自由流動的流體，即納米顆粒離子化流體(NILs)。

傳統的納米流體是納米尺寸的金屬、金屬氧化物或非金屬氧化物顆粒分散在基體液體（如水、乙醇或潤滑油等）中所形成的懸浮體系。盡管由于納米顆粒的小尺寸效應，懸浮體系比較穩定，不易發生沉降，但在長期靜置或高剪切速率的作用下，顆粒間的范德華爾力、氫鍵等作用會導致納米顆粒凝聚，因而堵塞冷卻系統管道或影響潤滑膜的穩定性，因此，提高納米顆粒在納米流體中的分散穩定性是納米流體能得到工業化應用所急需解決的問題。超聲波振蕩、添加表面活性劑和納米粒子的表面化學修飾等方法可以降低納米顆粒的凝聚傾向，提高納米流體的穩定性，但并不能從根本上解決問題。而這里所指的納米顆粒離子化材料（NIMs）是一種新型的納米流體。首先，以化學鍵相連的有機冠狀層是納米核的懸浮介質，納米顆粒離子流體中的每個納米粒子被其周圍的“溶劑”懸浮，這種結構使體系比傳統的膠體體系穩定；其次，有機-無機雜化結構有利于設計和合成性能在較大范圍內可調的納米顆粒離子材料，例如：可以選擇不同的無機納米顆粒作核，合成具有不同特性的納米離子材料；最后，有機冠狀層和無機納米核之間的共價鍵連接使體系非常穩定。并且根據無機納米核和冠狀物的不同，納米顆粒離子化流體具有獨特的性質。

(1)有機殼結構使納米粒子能夠穩定分散、不會團聚，從而保留了核結構納米粒子所固有的物理化學性能，理論上可以被設計成為具有任何一種納米材料特殊性能的體系，例如光致發光性能、磁性能、電性能等；

(2)內剛外柔的特殊核殼結構使整個體系不僅具有類似于液體的流動性—極大地增強了納米粒子的加工性能，還具有不同于一般流體的特殊性能—納米粒子的空間尺寸使納米流體體系可以作為特殊的溶劑或者反應介質；

(3)有機殼層與納米粒子緊密結合，物理作用(如混合、攪拌、離心等)無法使“溶劑相”與“溶質相”分離，更不會發生揮發、沉降等現象而使體系發生變化，這就消除了常規懸浮液體系使用小分子溶劑對環境的污染以及對復合材料性能的負面影響。可以說，納米流體是一個宏觀上的均相體系，即，每一個“溶質”粒子周圍緊密結合了自己的那部分“溶劑”，這些“溶劑”不遷移、不揮發；

(4)通過調節組成有機殼結構的分子鏈長、種類及接枝密度，可以很容易地改變納米流體體系的流變性能，再加上與不同核結構的組合，整個納米流體體系的性能可以按照人們的需要任意改變。這使得納米流體已經不僅僅是一類材料，更是一種技術手段—能夠賦予傳統納米材料更多的功能。

(5)并且納米粒子的尺寸小，可減小與固體接觸面的磨損，因而可作為潤滑劑，在微機電系統(MEMS)等的潤滑領域有潛在應用。

以納米二硫化鉬為核制備一種新型的核-殼-冠結構無溶劑納米流體，將兩者優異的潤滑性能相互契合，互為補充，是一種極有開發潛力的納米潤滑劑。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型核-殼-冠結構無溶劑納米流體的制備方法。

本發明的目的是以二硫化鉬為核合成一種無溶劑納米流體，將納米尺度的二硫化鉬進行表面修飾，并以離子鍵的形式接上不同分子量的三取代胺，將二硫化鉬優異的潤滑性能與三取代胺本身良好的流變性能有機結合起來。其中，本發明采用核與殼不同的配比和反應條件可以得到不同修飾率的納米二硫化鉬顆粒，根據修飾率的不同再以離子鍵結合不同摩爾量和分子量的有機冠，可以得到一系列流動性及潤滑性可控的納米流體。更重要的是，這種以共價鍵和離子鍵結合的核-殼-冠結構納米流體具有非常優異的潤滑特性，具有作為高性能的潤滑劑的發展前景。

本發明提出的新型核-殼-冠結構無溶劑納米流體的制備方法，具體步驟如下：