[發(fā)明專利]一種超滑石墨烯摩爾結構涂層的制備方法

有效

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• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN113880080B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 李瑞云;張俊彥;侯德良;楊興
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C01B32/194
• 分類號: C01B32/194
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 曹向東

本發(fā)明涉及一種超滑石墨烯摩爾結構涂層的制備方法，該方法是指將石墨烯粉體與行星式球磨機中的磨珠混合，經球磨得到石墨烯摩爾結構薄膜；石墨烯摩爾結構薄膜通過片片平行接觸，且片層之間旋轉角度在15~45^o之間，呈現(xiàn)非公度接觸狀態(tài)以產生摩爾條紋；然后將該石墨烯摩爾結構薄膜與含氫碳薄膜組成摩擦配伍對，于不同環(huán)境氛圍，在1~20N載荷、0.05~30cm/s速度范圍、0.28~3mm²接觸面積的條件下石墨烯摩爾結構薄膜內sp³鍵合碳受摩擦熱和剪切應力的作用，發(fā)生層間朝面內化學鍵轉向，產生層內無缺陷超滑石墨烯涂層。本發(fā)明簡單、綠色、高效，所得涂層具有穩(wěn)定石墨烯摩爾結構，其摩擦系數(shù)可低至0.006。

技術領域

本發(fā)明涉及材料技術和摩擦學領域，尤其涉及一種超滑石墨烯摩爾結構涂層的制備方法。

背景技術

隨著機械系統(tǒng)的高精密化、高集成化及高可靠性發(fā)展，機械系統(tǒng)運動部件的表界面效應越來越突出，對摩擦磨損的要求也越來越苛刻。同時據統(tǒng)計，摩擦造成全世界1/3的一次性能源消耗，60%的零部件損壞是由磨損引起的。由兩者導致的直接經濟損失占全國GDP的5%~7%左右。按照5%計算，2019年我國僅因摩擦、磨損導致的損失就高達4.95萬億元。因此進一步減小摩擦、降低磨損、延長運動部件的工作壽命成為潤滑技術的核心問題之一。

石墨烯因其特殊的層狀結構和層內極弱范德華力，能有效減少摩擦和磨損吸引了科學界和工程界的關注，并使其在工程領域具有廣泛應用潛力。石墨烯減摩潛力，甚至是超滑實現(xiàn)，均建立在非公度接觸的基礎上，即石墨烯層隨著角度扭轉，而使得摩爾條紋隨著接觸區(qū)域面積的增加而逐步出現(xiàn)，引起的上層結構的基體粘滑運動，并且隨著接觸面積的增加，異質結表現(xiàn)層從粘滑運動（高摩擦）到平滑滑動（超滑）的轉變。

然而，非公度接觸狀態(tài)是不穩(wěn)定的，易在摩擦過程種自發(fā)轉向到公度狀態(tài)，從而鎖定到高摩擦配置，即同質結構超滑表現(xiàn)出嚴重轉角依賴性，也稱之為摩擦各向異性，并隨著摩擦過程接觸面積的增加而更加嚴重，而具有剛性聚晶表面形成多點接觸的結構可以阻止公度接觸的形成。但目前通過制備穩(wěn)定摩爾結構的石墨烯材料并實現(xiàn)固體超滑現(xiàn)象仍然是空白。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種簡單、高效的超滑石墨烯摩爾結構涂層的制備方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種超滑石墨烯摩爾結構涂層的制備方法，其特征在于：該方法是指將石墨烯粉體與行星式球磨機中的磨珠按照1：50~120的重量比混合，經球磨得到石墨烯摩爾結構薄膜；所述石墨烯摩爾結構薄膜通過片片平行接觸，且片層之間旋轉角度在15~45^o之間，呈現(xiàn)非公度接觸狀態(tài)以產生摩爾條紋；然后將該石墨烯摩爾結構薄膜與含氫碳薄膜組成摩擦配伍對，于不同環(huán)境氛圍，在1~20N載荷、0.05~30cm/s速度范圍、0.28~3mm²接觸面積的條件下石墨烯摩爾結構薄膜內sp³鍵合碳受摩擦熱和剪切應力的作用，發(fā)生層間朝面內化學鍵轉向，產生層內無缺陷超滑石墨烯涂層。

所述石墨烯粉體的片徑在20~500nm之間，片層內石墨烯層數(shù)少于15，片表面無明顯褶皺且光滑。

所述球磨條件是指石墨烯粉體的體積小于球磨罐容積的10%，轉速控制在50~600rpm之間，球磨時間為5~100h。

所述球磨過程中還加入溶劑。

所述溶劑包括但不限于乙醇、水、N,N-二甲基甲酰胺中的一種。

所述磨珠是指表面粗糙度為Ra3~5μm、球徑為1~20mm的鋼球、氧化鋁球、氧化鋯球、氮化硅球及碳化硅球中的一種。

所述不同環(huán)境氛圍包括氮氣、氬氣、真空以及不同濕度環(huán)境。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：