[发明专利]一种石墨烯-铅化合物纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯‑铅化合物纳米复合材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：对石墨进行高度氧化处理，得到氧化石墨；将氧化石墨与可溶性铅盐混合，得到表面和层间充分附着铅离子的氧化石墨烯；将表面和层间充分附着铅离子的氧化石墨烯进行充分水解和定向聚合处理，使得附着的铅离子转化为纳米氢氧化物；将得到的产物进行热处理，使得石墨烯表面和层间均匀负载纳米铅氧化物，得到黑色固体；将得到的黑色固体洗涤干燥后，得到墨烯‑铅化合物纳米复合材料。本发明所述的石墨烯‑铅化合物纳米复合材料具有良好的摩擦稳定性、润滑效果，且可大幅提升使用温度范围。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其是涉及一种石墨烯-铅化合物纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体，厚度0.335nm，仅一个碳原子直径，具有极高的强度、易剪切能力和原子光滑的表面，已经在润滑领域引起了广泛关注，许多关于使用石墨烯作为有效润滑剂添加剂的研究已经发表(Functionalized ReducedGraphene Oxide as a Novel Material for Reduction of Friction and Wear)。但纯石墨烯与摩擦配副之间仅能通过范德华力形成物理吸附膜，吸附力较小并且容易被破坏，同时纯石墨烯易团聚，难以进入接触配副表面，润滑效果较不理想(Mild thermal reductionof graphene oxide as a lubrication additive for friction and wear reduction)。故增大石墨烯的吸附能力并尽量减少团聚现象成为进一步提高石墨烯润滑性能的研究趋势。石墨烯与其负载的金属化合物形成的复合材料如石墨烯复合氧化铝，石墨烯复合二硫化钨，石墨烯复合氧化铁等纳米材料在一定条件下可表现出协同效应(Novel uses ofalumina/graphene hybrid nanoparticle additives for improved tribologicalproperties of lubricant in turning operation；Tribological properties of WS2/graphene nanocomposites as lubricating oil additives；Enhanced tribologicalproperties of bismaleimides filled with aligned graphene nanosheets coatedwith Fe3O4 nanorods)。存在于石墨烯层间的纳米粒子起到了分离临近的石墨烯片层，防止发生团聚的作用。因此使石墨烯/金属化合物更容易进入摩擦接触面，形成连续的物理吸附摩擦膜，防止直接接触摩擦副表面，提高润滑能力，减少摩擦磨损。金属铅具有优良的耐酸、碱腐蚀和润滑性能，可显著提高材料的硬度和室温拉伸强度，添加铅可显著提高材料在高速、重载条件下的摩擦稳定性,并略微降低平均摩擦因数(铅对铜基固体自润滑材料的润滑机理)。然而，迄今为止，石墨烯/铅化合物复合材料的研究甚少。

目前制备石墨烯/金属氧化物复合材料的方法主要有高温固相法，溶胶-凝胶法，化学沉淀法，水热法，直接热还原法。高温固相法是指在高温下固体界面间经过接触，反应，成核，晶体生长反应而生成产物的一种方法，具有成本低，产量大，制备工艺简单等特点；其缺点包括能耗大，样品容易团聚，容易在反应过程中掺入杂质等。溶胶-凝胶法的过程是将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其它组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成样品，其优点是反应步骤简单，均匀性好，反应所需的温度较低；其缺点是反应的原料昂贵且部分有毒，反应的时间较长。化学沉淀法是指在溶液状态下利用沉淀剂将样品沉淀，之后再将样品干燥或者焙烧处理得到相应的样品，其优点是反应中使用的仪器简单，适合大规模制备样品，缺点是对样品质量难以控制，均一度较低等。水热法是指样品在密闭的容器中通过加热去创造一个高温高压的环境，使晶体在反应过程中发生溶解再结晶这一过程，通过水热法制备得到样品具有分散性好，晶体的结晶性高，反应温度为中低温，设备简单，操作方便等特点，但也存在反应的化学还原剂有毒等缺点。

发明内容