一种二维层状纳米材料有序排列涂层的制备方法

1.本发明涉及自润滑涂层材料制备技术领域，特别是涉及一种二维层状纳米材料有序排列制备方法。


背景技术：

2.金属等材料表面涂覆一层包含固体润滑剂的自润滑涂层，使摩擦发生在润滑剂内部，利用润滑剂的剪切强度比较低，从而减小摩擦，降低磨损。目前有多种方法可以制备自润滑涂层，如喷涂、镶嵌、粘接、挤压、擦入、溅射和离子镀膜等。上述技术制备的自润滑涂层中二维层状固体润滑剂呈无序排列，导致材料润滑性能损失，摩擦系数较高，通常》0.1。研究发现，当二维层状固体润滑剂沿(002)晶面取向排列时，润滑性能显著提升，材料的摩擦系数减小25％，耐磨性能提升60％。本发明提供一种二维层状固体润滑剂有序排列型自润滑涂层的制备方法，该涂层的减摩耐磨性能优异，显著提高金属等材料使用寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种二维层状纳米材料有序排列涂层的制备方法，为实现单一及多组分二维层状纳米材料的高度有序排列提供一种切实可行的方案。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种二维层状纳米材料有序排列的方法，包括以下步骤：
6.(1)将二维层状纳米材料配制成分散液，超声振荡处理1h；
7.(2)向步骤(1)得到的分散液中加入聚乙烯吡咯烷酮(pvp)，加热搅拌使其完全溶解，得到包含二维层状纳米材料的分散浆料；
8.(3)将分散浆料滴在基底上，使其铺展；
9.(4)将步骤(3)得到的涂层在60℃干燥6h；
10.(5)将步骤(4)得到的干燥涂层在400℃下脱脂1h。
11.进一步地，所述加入的聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的浓度10～50g/l，优选为20～30g/l。
12.进一步地，步骤(3)中基底与水平面夹角成1～30
°
的角度，优选为5～15
°
。
13.本发明公开了以下技术效果：
14.1.本发明中的有序排列型二维层状纳米材料涂层制备过程简便、只需要常见的实验设备即可完成：在倾斜基底表面滴加包含二维层状纳米材料的浆料，浆料在重力作用下滑动和铺展，诱导二维层状纳米材料沿滑动方向有序排列。
15.2.本发明制备工艺简单，可用于大规模构建二维层状纳米材料高度有序排列的自润滑涂层。
16.3.本发明不仅能实现单一二维层状纳米材料的有序排列，还可以通过调整浆料中二维层状材料的组成，实现两种及两种以上二维层状纳米材料的有序排列。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为实施例1制备的ws2有序排列的涂层微观示意图(a)和微观形貌图(b)；
19.图2为实施例2和实施例3制备的范德华异质结ws2/h-bn有序排列的涂层及无序排列的涂层的xrd图。
具体实施方式
20.为使本技术的技术方案更加明白清楚，下面运用实例对本发明的技术方案进行详细说明
21.实施例1
22.ws2有序排列的涂层制备：
23.(1)将0.6g ws2纳米粉末分散在20ml去离子水中配制成30g/l的分散液，超声振荡0.5h；
24.(2)向步骤(1)得到的分散液中加入0.6g聚乙烯吡咯烷酮，35℃下加热搅拌0.5h使其完全溶解，得到包含ws2的分散浆料；
25.(3)以磨砂玻璃作为铺展的基底，基底与水平面成10
°
夹角；
26.(4)将分散浆料滴在磨砂玻璃表面，使其铺展；
27.(5)将步骤(4)得到的涂层在60℃干燥6h后；
28.(6)将步骤(5)得到的干燥涂层进行在400℃下脱脂1h。
29.图1为实施例1制备的ws2有序排列的涂层微观示意图和微观形貌图；其中(a)是ws2有序排列的涂层示意图，(b)是ws2涂层扫描电镜图，从图1可以看出，所制备涂层中的ws2呈高度有序排列。
30.实施例2
31.范德华异质结ws2/h-bn(ws2和h-bn构成的双组分固体润滑剂)有序排列涂层的制备：
32.(1)将0.8g ws2/h-bn粉末分散在20ml去离子水中配制成40g/l的分散液，超声振荡处理0.5h；
33.(2)向步骤(1)得到的分散液中加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮，35℃下加热搅拌0.5h使其完全溶解，得到分散浆料；
34.(3)以磨砂玻璃作为铺展的基底，磨砂玻璃与水平面成5
°
夹角；
35.(4)将分散浆料滴在磨砂玻璃表面上，使其铺展；
36.(5)将步骤(4)得到的涂层在60℃干燥6h后；
37.(6)将步骤(5)得到的干燥涂层进行在400℃下脱脂1h。
38.实施例2中在基底与水平面夹角成5
°
条件下制备的范德华异质结ws2/h-bn有序排列涂层的xrd图，见图2。xrd图谱中(002)与(103)两峰强度i
(002)
/i
(103)
的比值达到94.07，该比值越高表明涂层中范德华异质结ws2/h-bn沿(002)晶面择优取向。
39.实施例3
40.范德华异质结ws2/h-bn有序排列涂层制备：
41.(1)将0.8g范德华异质结ws2/h-bn纳米粉末分散在20ml去离子水中配制成40g/l的分散液，超声振荡处理0.5h；
42.(2)向步骤(1)得到的分散液中加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮，35℃下加热搅拌0.5h使其完全溶解；
43.(3)以磨砂玻璃作为铺展的基底，磨砂玻璃与水平面成10
°
夹角；
44.(4)将分散浆料滴在磨砂玻璃表面上，使其铺展；
45.(5)将步骤(4)得到的涂层在60℃干燥6h后；
46.(6)将步骤(5)得到的干燥涂层进行在400℃下脱脂1h。
47.实施例3中在基底与水平面夹角成为10
°
条件下制备范德华异质结ws2/h-bn有序排列涂层的xrd图，见图2。该涂层(002)与(103)两峰的强度i
(002)
/i
(103)
比值为75.3。
48.分别对比图2中三条曲线的(002)与(103)两峰的强度，实施例2中基底与水平面夹角成为5
°
条件下制备范德华异质结ws2/h-bn有序排列的涂层的i
(002)
/i
(103)
达到94.07；实施例3中基底与水平面夹角成为10
°
条件下制备范德华异质结ws2/h-bn有序排列的涂层的i
(002)
/i
(103)
达到75.3；范德华异质结ws2/h-bn无序排列的涂层的i
(002)
/i
(103)
仅为4.45。实施例2和3中范德华异质结ws2/h-bn涂层的i
(002)
/i
(103)
值均显著高于范德华异质结ws2/h-bn无序排列的涂层，证明本发明制备的自润滑纳米涂层沿(002)晶面高度有序排列。
49.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方案进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。