磷化硅量子点作为润滑油添加剂的应用、一种润滑油及其制备方法和应用与流程

本发明涉及润滑油添加剂技术领域，具体涉及磷化硅量子点作为润滑油添加剂的应用、一种润滑油及其制备方法和应用。

背景技术：

随着生产科技的发展，发动机、农机设备以及微机电系统等大力发展，对于润滑油的要求也是越来越高。润滑油是作用于机械摩擦部分的物质，主要用于润滑、冷却和密封。另外，在工业生产中，润滑油还会对摩擦部分起到清洗、防止污染等作用。为了提高润滑油的润滑效果，通常润滑油中会含有润滑添加剂，可以极大的提高润滑油的润滑性能和抗摩擦性能。对于新型润滑添加剂的探索一直以来都是解决优质润滑添加剂问题的重要的措施。

近年来，二维材料因为其层内采用共价键链接，层间采用范德华力链接，既可以作为一种新型的固体润滑剂，又可以作为一种优良的润滑添加剂，成为研究固体润滑与润滑添加剂的热点材料。然而，现有的二维材料仍然存在一定的问题，比如石墨烯的带隙为零、容易团聚，二硫化钼(mos2)在潮湿的环境中易于发生潮解而失效等问题，从而限制了其应用，因此急需对新型的二维材料作为润滑添加剂方面的应用进行探索。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了磷化硅量子点作为润滑油添加剂的应用、一种润滑油及其制备方法和应用，本发明提供的润滑油以sip量子点作为润滑油添加剂，在润滑油中的分散性良好，使润滑油减磨抗磨性能显著提高，摩擦系数平均值为0.064～0.072。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了sip量子点作为润滑油添加剂的应用。

优选的，所述sip量子点的平均粒径为8～15nm，平均厚度为1～3nm；所述sip量子点在润滑油中的质量百分数为0.01～0.1％。

本发明提供了一种润滑油，包括sip量子点和基础油。

优选的，所述sip量子点的平均粒径为8～15nm，平均厚度为1～3nm；所述sip量子点在润滑油中的质量百分数为0.01～0.1％。

优选的，所述基础油为聚乙二醇基础油、聚醚类基础油或合成酯类基础油。

优选的，所述sip量子点的制备方法，包括以下步骤：

将sip粉体和极性有机溶剂混合后，依次进行超声剥离、搅拌、固液分离和取上清液干燥，得到所述sip量子点；

所述sip粉体的平均粒径为1～100μm，平均厚度为500～2000nm；

所述sip量子点的平均粒径为8～15nm，平均厚度为1～3nm。

优选的，所述极性有机溶剂包括丙酮、无水乙醇、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的一种或多种。

所述超声剥离的功率为1000～1500w，所述超声剥离的频率为20～30khz，所述超声剥离的时间为2～10h；

所述搅拌的速率为500～1000rpm，所述搅拌的时间为2～10h；

所述固液分离的方式为离心；所述离心的速率为3000～10000r/min，所述离心的时间为30～100min。

本发明提供了上述技术方案所述的润滑油的制备方法，包括以下步骤：

将sip量子点和基础油混合，进行超声，得到所述润滑油。

优选的，所述超声的功率为1000～1500w，超声的时间为3～10h。

本发明提供了上述技术方案所述润滑油或上述技术方案所述的制备方法得到的润滑油在金属-金属、金属-聚合物、金属-陶瓷等摩擦副中应用。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供了sip量子点作为润滑油添加剂的应用，在本发明中，所述sip量子点具有层状结构，层与层之间存在纳米级的层间距，层内为共价键作用力，层与层之间为范德华力，层间作用力较弱，使sip量子点层与层之间更易于滑动；而且其结构基元为相互连接的扭曲状的五元环与六元环，呈现面内各向异性，这种环状结构可以消除棱边悬键，使sip量子点具有优异的稳定性，提高了sip量子点的抗潮湿性能。以sip量子点作为润滑油添加剂，实现sip量子点在润滑油中的良好分散性，得到的润滑油产品减摩抗磨性能优异，且结构稳定，承载能力强。

本发明提供了一种润滑油，包括sip量子点和基础油，实施例的结果表明，本发明提供的润滑油，摩擦系数平均值为0.064～0.072。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的sip量子点的原子力显微镜图；

图2为本发明实施例1制备得到的sip量子点的厚度分布图；

图3为本发明实施例1制备得到的sip量子点的粒径统计图；

图4为本发明实施例1制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图5为本发明实施例2制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图6为本发明实施例3制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图7为本发明实施例4制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图8位本发明实施例5制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图9为本发明实施例6制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图10为本发明实施例7制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图11为本发明实施例8制备得到的sip量子点作为添加剂时所得的润滑油的摩擦系数曲线及磨斑图；

图12为基础油peg-400的摩擦系数曲线及磨斑图。

具体实施方式

本发明提供了sip量子点作为润滑油添加剂的应用。

在本发明中，所述sip量子点的平均粒径优选为8～15nm，进一步优选为9.5～13nm，更优选为12nm；平均厚度优选为1～3nm，进一步优选为1.5～2nm；所述sip量子点在润滑油中的质量百分数为0.01～0.1％，优选为0.03～0.08％，更优选为0.05～0.06％。

本发明提供的所述sip量子点，具有层状结构，层间作用力较弱；而且具有优异的稳定性以及面内各向异性，以所述sip量子点作为润滑油添加剂，在润滑油中的具有良好的分散性，得到的润滑油的减磨抗磨性能优异。

本发明还提供了一种润滑油，包括sip量子点和基础油。

在本发明中，所述sip量子点在润滑油中的质量百分数优选为0.01～0.1wt％，进一步优选为0.03～0.08％，更优选为0.05～0.06％。

在本发明中，所述sip量子点优选通过制备得到；所述iv-v族二维化合物量子点的制备方法，优选包括以下步骤：

将sip粉体和极性有机溶剂混合后，依次进行超声剥离、搅拌、固液分离和取上清液干燥，得到所述sip量子点；

所述sip粉体的平均粒径为1～100μm，平均厚度为500～2000nm

所述sip量子点的平均粒径为8～15nm，平均厚度为1～3nm。

在本发明中，所述sip粉体的平均粒径优选为1～100μm，进一步优选为40～70μm；平均厚度优选为500～2000nm，进一步优选为800～1500nm，所述sip量子点的平均粒径优选为8～15nm，进一步优选为9.5～13nm，更优选为12nm；平均厚度优选为1～3nm，进一步优选为1.5～2nm。本发明对所述sip粉体的来源没有特殊要求，采用市售产品或实验室制备均可。

在本发明中，所述sip粉体优选通过制备得到，所述sip粉体的制备方法优选包括以下步骤：将sip单晶进行研磨，得到所述sip粉体。

在本发明中，所述sip单晶优选为在5～10mm×1mm×1mm，所述sip单晶优选依据文献“controllableseededfluxgrowthandoptoelectronicpropertiesofbulko-sipcrystals”(lic，wangs，zhangx，etalcrystengcomm)中记载的实验方法制备。在本发明的实施例中，所述sip单晶的制备方法具体为：将原料按照si：p：sn的摩尔比为1：1：5的比例进行配料并充分混合均匀，转移到石英管中，将石英管用分子泵抽真空至5×10^-3pa后，采用氢氧焰进行封结，将石英管置于合成炉中，采用fp23控温表进行控温，控温程序如下：初始温度为室温，升温至723k，并恒温36h，然后经36h升温到973k，再经过48h升温到1423k，随后经500h降温到873k，冷却至室温。将烧结后的样品置于浓盐酸与水比例为1：1的稀盐酸中浸泡，除掉样品中的sn，采用乙醇清洗并在333k下烘干，得到所述sip单晶。在本发明中，所述研磨的时间优选为10～30min，所述研磨优选采用玛瑙研钵，手动研磨即可。

在本发明中，所述极性有机溶剂优选包括丙酮、无水乙醇、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)和二甲基甲酰胺(dmf)中的一种或多种，进一步优选为丙酮、无水乙醇、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺；当所述极性有机溶剂优选包括丙酮、无水乙醇、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的两种以上时，本发明对上述具体物质的质量配比没有特殊要求，采用任意配比即可。本发明对所述极性有机溶剂的来源没有特殊要求，采用市售产品即可。

在本发明中，所述sip和极性有机溶剂的质量体积比优选为0.01～0.1g：10～50ml，本发明对所述sip粉体和极性有机溶剂混合的具体操作过程没有特殊要求。

将所述sip粉体和极性有机溶剂混合后，本发明还优选包括对混合后得到的分散液进行初步超声，所述初步超声的功率优选为150～300w，更优选为180～250w，最优选为210～245w；所述初步超声的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2h。本发明对所述初步超声的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的超声设备即可。在本发明的实施例中，所述初步超声的设备为超声波清洗机。

本发明通过初步超声，使所述sip粉体在所述极性有机溶剂中分散的更加均匀。

得到分散液后，本发明将所述分散液进行超声剥离，所述超声剥离的功率优选为1000～1500w，进一步优选为1200～1350w，所述超声剥离的频率优选为20～30khz，进一步优选为23～28khz，所述超声剥离的时间优选为2～10h，进一步优选为4～8h。本发明对所述超声剥离的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的超声设备即可，在本发明的实施例中，所述超声剥离的设备为超声波破碎仪。

在本发明中，所述搅拌的速率优选为500～1000rpm，进一步优选为650～800rpm，所述搅拌的时间优选为2～10h，进一步优选为3.5～7.8h，本发明对所述搅拌的方式没有特殊要求。在本发明的实施例中，所述搅拌的方式优选为磁力搅拌。

在本发明中，所述固液分离的方式优选为离心；所述离心的速率优选为3000～10000r/min，进一步优选为4500～8900r/min；所述离心的时间优选为30～100min。

所述固液分离完成后，本发明优选对上清液进行干燥，所述上清液优选为固液分离后液体体积的2/3～4/5，所述干燥的温度优选为80～150℃，干燥的时间优选为2h，所述干燥优选在烘干箱中进行。

在本发明中，所述润滑油还包括基础油。在本发明中，所述基础油优选为聚乙二醇基础油、聚醚类基础油或合成酯类基础油，更优选为聚乙二醇基础油、液体石蜡或聚α烯烃(pao)，在本发明的实施例中，所述基础油优选为peg-400、peg-800、液体石蜡、聚α烯烃(pao)。本发明对所述基础油的来源的没有特殊要求，采用市售产品即可。

在本发明中，所述sip量子点在润滑油中的质量百分数为0.01～0.1％，优选为0.03～0.08％，更优选为0.05～0.06％。

本发明提供了上述技术方案所述的润滑油的制备方法，包括以下步骤：

将sip量子点和基础油混合，进行超声，得到所述润滑油。

本发明对所述混合的具体操作过程没有特殊要求。

在本发明中，所述超声的功率优选为1000～1500w，进一步优选为1150～1350w；所述超声的时间优选为3～10h，进一步优选为4.5～8.5h。

本发明提供了上述技术方案所述润滑油或上述技术方案所述的制备方法得到的润滑油在金属-金属、金属-聚合物、金属-陶瓷等摩擦副中应用。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

将原料按照si：p：sn的摩尔比为1：1：5的比例进行配料并充分混合均匀，转移到石英管中，将石英管用分子泵抽真空至5×10^-3pa后，采用氢氧焰进行封结，将石英管置于合成炉中，采用fp23控温表进行控温，控温程序如下：初始温度为室温，升温至723k，并恒温36h，然后经36h升温到973k，再经过48h升温到1423k，随后经500h降温到873k，冷却至室温。将烧结后的样品置于浓盐酸与水比例为1：1的稀盐酸中浸泡，除掉样品中的sn，采用乙醇清洗并在333k下烘干，得到所述sip单晶。在本发明中，所述研磨的时间优选为10～30min，所述研磨优选采用玛瑙研钵，手动研磨即可。

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨10min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为500nm)，然后将sip粉末和丙酮混合(两者的质量体积比为0.1g：50ml)，先采用200w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为1h，然后采用功率为1000w，频率为20khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为2h；获得sip的丙酮分散液；

将获得的sip的丙酮分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌2h，搅拌的速率为500rpm，最后以3000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥温度为80℃，干燥时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1200w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.03％的润滑油。

图1为本实施例制备得到的sip量子点的原子力显微镜图，从图1中可以得出本实施例制备得到的sip量子点呈现分散状态，粒径均匀；

图2为本实施例制备得到的sip量子点的厚度分布图，其中纵坐标为sip量子点的厚度尺寸，横坐标为若干sip量子点横向排布的尺寸，从图2中可以得出本实施例制备得到的sip量子点的厚度小于3nm；图3为本实施例制备得到的sip量子点的平均粒径统计图，粒径的平均尺寸在12.4nm。

实施例2

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨15min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为2000nm)，然后将sip粉末和nmp混合(两者的质量体积比为0.01g：10ml)，先采用200w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为1h，然后采用功率为1200w，频率为50khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为3h；获得sip的nmp分散液；

将获得的sip的nmp分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌3h，搅拌的速率为600rpm，最后以3000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为100℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1500w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.05％的润滑油。

实施例3

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨20min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为800nm)，然后将sip粉末和dmf混合(两者的质量体积比为0.05g：50ml)，先采用250w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为3h，然后采用功率为1300w，频率为40khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为2h；获得sip的dmf分散液；

将获得的sip的dmf分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌5h，搅拌的速率为800rpm，最后以5000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为120℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1500w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.03％的润滑油。

实施例4

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨20min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为1500nm)，然后将sip粉末和dmso混合，先采用300w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为3h，然后采用功率为1500w，频率为40khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为5h；获得sip的dmso分散液；

将获得的sip的dmso分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌5h，搅拌的速率为800rpm，最后以6000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为120℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1500w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.07％的润滑油。

实施例5

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨20min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为1000nm)，然后将sip粉末和无水乙醇混合(两者的质量体积比为0.1g：50ml)，先采用220w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为3h，然后采用功率为1100w，频率为40khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为5h；获得sip的无水乙醇分散液；

将获得的sip的无水乙醇分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌5h，搅拌的速率为800rpm，最后以7000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为120℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1400w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.06％的润滑油。

实施例6

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨30min，得到sip粉末(粒径为80μm，厚度为1800nm)，然后将sip粉末和丙酮混合(两者的质量体积比为0.05g：25ml)，先采用250w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为1h，然后采用功率为1600w，频率为20khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为2h；获得sip的丙酮分散液；

将获得的sip的丙酮分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌7h，搅拌的速率为500rpm，最后以3000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为80℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1700w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.02％的润滑油。

实施例7

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨30min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为1500nm)，然后将sip粉末和nmp混合(两者的质量体积比为0.1g：50ml)，先采用270w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为6h，然后采用功率为1700w，频率为20khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为3h；获得sip的nmp分散液；

将获得的sip的nmp分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌5h，搅拌的速率为800rpm，最后以8000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为80℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1500w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.09％的润滑油。

实施例8

将sip单晶采用玛瑙研钵研磨20min，得到sip粉末(粒径为50μm，厚度为500nm)，然后将sip粉末和nmf混合(两者的质量体积比为0.1g：50ml)，先采用250w的超声波清洗机，进行初步的超声分散，处理时间为3h，然后采用功率为1300w，频率为20khz的超声波破碎仪对sip粉末进行液相超声剥离，超声剥离时间为2h；获得sip的nmf分散液；

将获得的sip的nmf分散液转移到烧杯中，进行磁力搅拌5h，搅拌的速率为800rpm，最后以5000r/min的离心速度进行离心60min，取固液分离后液体体积的2/3作为上清液，将取得的上清液进行干燥(干燥的温度为80℃，干燥的时间为2h)，得到sip量子点；

将sip量子点和peg-400基础油混合，采用1500w超声波破碎仪超声3h，得到含有sip量子点质量分数为0.03％的润滑油。

测试例1

对实施例1～8制备得到的润滑油和peg-400基础油进行摩擦磨损测试，测试方法为：采用四球摩擦试验机，测试的时间为30min，载荷为200kgf，所用的球为不锈钢球，直径为12.7mm。测试得到的摩擦系数及磨斑如图4～12(其中图4～11依次为实施例1～8所述的润滑油的摩擦系数及磨斑图，图12为peg-400基础油的摩擦系数及磨斑图)，具体的摩擦系数和磨斑尺寸如表1所示。从表1和图4～12的结果可以得出，实施例1～8制备得到的润滑油与peg-400基础油相比，减磨抗磨性能优异，摩擦系数平均值为0.064～0.072，磨斑尺寸明显变小。

表1peg-400和实施例1～8制备得到的润滑油摩擦磨损测试数据

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。