[發(fā)明專利]硫摻雜烷基化石墨烯材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811383865.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN109292758B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬軍;費(fèi)逸偉;胡建強(qiáng);胡役芹;姜旭峰;吳楠;董仕寶;徐振超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍勤務(wù)學(xué)院
• 主分類號(hào): C01B32/184
• 分類號(hào): C01B32/184;C10M125/02;C10M177/00;C10N30/04;C10N30/06
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 周愛芳

本發(fā)明利用石墨烯與P₄S₁₀、多胺的化學(xué)反應(yīng)，使其逐步發(fā)生硫化和烷基化反應(yīng)，由此達(dá)到制備目的：通過硫摻雜增強(qiáng)石墨烯和金屬表面的附著作用、通過烷基化增強(qiáng)石墨烯的親油性、分散性。此種制備方法對(duì)石墨烯的改性進(jìn)行得較徹底，制備方法簡(jiǎn)便且效果顯著，而由此制備的石墨烯材料的烷基化和硫化程度較現(xiàn)有材料更高、兼容性更好，有效解決石墨烯潤滑添加劑的兩類明顯缺陷：層間沉積和潤滑不均的問題，對(duì)推動(dòng)石墨烯潤滑添加劑的發(fā)展具有積極作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種硫摻雜烷基化石墨烯材料的制備方法，該材料可作為附屬添加劑大幅提高潤滑油的各項(xiàng)潤滑指標(biāo)與性能，并有效減緩潤滑油的變質(zhì)。

背景技術(shù)

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，多項(xiàng)研究表明，由于石墨烯特殊的二維納米層狀結(jié)構(gòu)、高的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，它能夠不斷覆蓋在摩擦副表面，摩擦副表面的粗糙度被石墨烯表面的粗糙度所替代，所以潤滑機(jī)理逐漸趨向薄膜潤滑，潤滑油力學(xué)性能有所提高。這些特性使得石墨烯成為潤滑油添加劑研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向，但是隨著研究的深入，石墨烯應(yīng)用于潤滑油添加劑還存在兩點(diǎn)問題：一是石墨烯在潤滑油中的懸浮特性不佳，容易堆疊、團(tuán)聚沉降，不利于長期使用，使?jié)櫥托Ч蟠蛘劭郏欢鞘┰谀Σ两饘俦砻娴母街芰Σ粡?qiáng)，摩擦附著面過于分散，無法形成有效的石墨烯摩擦面來增強(qiáng)實(shí)際潤滑效果。這兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)上的缺陷制約了石墨烯潤滑劑的應(yīng)用，在一定程度上阻礙了石墨烯添加劑的進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有石墨烯添加劑的不足，提供一種抗沉降、易分散、高附著性的硫摻雜烷基化石墨烯材料。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種硫摻雜烷基化石墨烯材料制備的方法，通過烷硫摻雜使石墨烯與金屬表面反應(yīng)起到附著作用，通過烷基化使石墨烯具有良好的親油性來增強(qiáng)分散。

作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，硫摻雜烷基化石墨烯材料制備的方法，包括以下制備步驟：

（1）取1 g石墨烯粉末，加入46 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的H₂SO₄和0.5 g硝酸鈉，在35 ^oC水浴加熱條件下攪拌2min，得到混合物；

（2）將混合物在冰浴中繼續(xù)攪拌使其溫度下降到0 ^oC，加入3 g高錳酸鉀，并在反應(yīng)開始后10min內(nèi)將反應(yīng)溫度控制在20 ^oC內(nèi)，待反應(yīng)穩(wěn)定后在35 ^oC水浴加熱條件下攪拌24h，離心過濾后得到氧化石墨烯；

（3）取氧化石墨烯100 mg分散于5 ml DMF中，超聲使其混合均勻，加入20 ml氯化亞砜后抽真空2 min除去水分，在80 ^oC水浴加熱條件下回流24 h，并利用氯化鈣干燥管去除氣體中的水分；

（4）將上步反應(yīng)產(chǎn)物離心后取下層物質(zhì)，用THF洗滌兩次除去殘余氯化亞砜后，將其分散于2 ml THF中，加入1-2 ml 胺類有機(jī)物，在80 ^oC水浴加熱條件下攪拌24 h，將產(chǎn)物分散至乙醇中進(jìn)行過濾，得到烷基化石墨烯；

（5）取烷基化石墨烯100 mg分散于100 ml DMF中，超聲使其混合均勻，在1000 rpm條件下下離心10 min除去沉淀雜質(zhì)；

（6）加入300 mg、P₄S₁₀，在100 ^oC水浴加熱條件下，抽真空2 min以除去水分，升溫至120 ^oC并攪拌12 h，過濾洗滌后得到硫摻雜烷基化石墨烯產(chǎn)物。

作為本發(fā)明所述的硫摻雜烷基化石墨烯材料制備的方法的一種優(yōu)化方案：在整個(gè)制備過程中均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。