[发明专利]超滑二维复合材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种超滑二维复合材料及其制备方法，其中包括含氢的类金刚石薄膜、二维材料以及纳米材料，所述二维材料和纳米材料位于金刚石薄膜的表面。所述超滑二维复合材料的制备方法包括了将二维材料与纳米材料混合均匀后在溶剂中分散，并将得到的液体滴加在含氢的类金刚石薄膜表面，待溶剂挥发后，即得超滑二维复合材料。本发明制备的超滑二维复合材料具有优异的润滑性能，经过空气中的摩擦磨损测试后，摩擦系数达到0.02，因此制备得到的超滑二维复合材料能够满足对润滑性有较高需求的材料或零部件的润滑需求。

技术领域

本文涉及机械工程的表面处理技术，尤指一种超滑二维复合材料及其制备方法。

背景技术

类金刚石(DLC)薄膜是近年来兴起的一种以sp³和sp²键结合形成的亚稳态材料，兼具金刚石和石墨的优良特性，具有优异的摩擦学特性(Chen等人,Evolution of tribo-induced interfacial nanostructures governing superlubricity in a-C:H and a-C:H:Si films,Nature Communications 2017,8,1675)。但是，当类金刚石薄膜在空气中发生摩擦时，碳膜的结构会遭到破坏，使得摩擦学特性变差，无法有效保护对润滑有需求的材料或零部件，因此对类金刚石薄膜的润滑性能提出了更高的要求。二维材料特指结构有序、在二维平面生长、在第三维度超薄的一类层状固体材料(Li等人,Superlubricity betweenMoS₂Monolayers,Advanced Materials 2017,29(27),e1701474)，二维材料复合材料是将二维材料与另外一类纳米材料复合制备得到，兼具二维材料和另一类纳米材料的优点，使得二维材料复合材料呈现极好的润滑性能。目前，类金刚石薄膜在空气中的摩擦学性能尚不能满足对润滑有较高需求的机械零部件的服役要求。因此，需要对类金刚石薄膜表面进行性能调控，以满足相关摩擦学领域日益严苛的润滑需求。

发明内容

本申请提供了一种超滑二维复合材料及其制备方法，这种方法制备得到的二维复合材料赋予类金刚石薄膜优异的润滑性能，能够满足对润滑有较高需求的材料或零部件的润滑需求。

本申请提供了一种超滑二维复合材料，所述超滑二维复合材料包括：含氢的类金刚石薄膜、二维材料和纳米材料；可选地，所述超滑二维复合材料由含氢的类金刚石薄膜、二维材料和纳米材料组成。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，所述二维材料和纳米材料位于含氢的类金刚石薄膜的表面。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，所述二维材料与纳米材料的质量比为100:1-1:100，优选质量比为1:5-5:1，最优选质量比为1:1。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，二维材料选自石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼和二硫化钨中的一种或多种；优选地，所述二维材料为石墨烯。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，所述纳米材料选自纳米金刚石、纳米银和纳米立方氮化硼中的一种或多种；优选地，所述纳米材料为纳米金刚石。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，含氢的类金刚石薄膜的氢含量为15％-50％，优选氢含量为20％-40％。所述氢含量为氢原子数分数，含氢的类金刚石薄膜的氢含量为20％时，表示含氢的类金刚石薄膜的氢原子数占总原子数的20％。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，所述含氢的类金刚石薄膜的厚度为1-10μm，优选厚度为2-3μm。

在本发明提供的超滑二维复合材料中，含氢的类金刚石薄膜可以在陶瓷、金属、钢、硅、玻璃以及无机物等多种基体上沉积，通过引入二维材料和纳米材料使得含氢的类金刚石薄膜在大气环境中的应用性能大幅提高。