[发明专利]一种润滑剂用紫磷纳米片及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种润滑剂用紫磷纳米片及其制备方法与应用。本发明的制备方法，包括步骤：将紫磷粉末加入有机溶剂中得到分散液，在惰性气体气氛下，将所得分散液进行超声剥离；之后进行低速离心，取上清液进行超速离心，取沉淀真空干燥，得到润滑剂用紫磷纳米片。本发明采用液相剥离的方法，有效剥离紫磷晶体，得到紫磷纳米片；所得纳米片尺寸可控，同时具有良好的润滑性能。

技术领域

本发明涉及一种润滑剂用紫磷纳米片及其制备方法与应用，属于新型纳米润滑材料领域。

背景技术

在机械系统中，摩擦和磨损会导致零部件的失效，系统寿命的降低及大量的能量耗散。因此，研究人员长期以来一直在寻找减少摩擦不利影响的方法，包括使用大量的液体润滑剂和固体润滑剂。液体润滑剂可通过防止滑动接触界面之间的剧烈或频繁接触，或在摩擦表面上形成低剪切，高耐久性的边界膜来减少摩擦。相比于液体润滑剂，在面对一些极端环境，例如高温、高压、高真空、强辐射等环境时，固体润滑剂则具有更高的稳定性。尤其在微机电系统中，液体润滑剂受表面张力、粘性和潜在污染等因素的制约，无法发挥润滑作用，使得固体润滑剂成为在微纳尺度下减少摩擦磨损的潜在解决方案。因此，继续寻找可减少摩擦和磨损的新型固体润滑剂对于润滑领域技术的突破具有重要意义。

近年来，二维层状材料由于其弱范德华层间相互作用而成为减摩润滑的潜在候选材料，引起了人们极大的关注。新型二维层状材料黑磷及其单层层状材料磷烯，由于优异的电学、机械性能和独特的各向异性而受到了广泛的关注。除此之外，黑磷纳米片在润滑性能方面表现优越，可作为自润滑材料和润滑剂添加剂，扩大了固体润滑剂选择范围。紫磷作为磷的另一种具有独特二维层状结构的同素异形体，许多理论和实验研究表明紫磷具有高载流子迁移率和各向异性光学性质，在光电子学领域具有潜在的应用价值。与黑磷相比，紫磷在室温条件下更稳定，是磷最稳定的同素异形体。然而，其作为润滑剂的摩擦学潜力仍未得到开发。

在目前的大多数二维材料纳米片的制备方法中，机械剥离方法是主要的制备方法，但机械剥离方法存在产物尺寸大，产率低，不可控等缺点，不能满足实际应用需求。目前通过机械剥离得到的紫磷纳米片尺寸和厚度均太大，难以得到单层或薄层的紫磷纳米片，即使能够得到薄层紫磷纳米片，也存在由于多次剥离导致的胶残留的缺点。因此亟需寻找一种大规模制备润滑剂用紫磷纳米片的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种润滑剂用紫磷纳米片及其制备方法与应用。本发明采用液相剥离的方法，有效剥离紫磷晶体，得到紫磷纳米片；所得纳米片尺寸可控，同时具有良好的润滑性能。

本发明的技术方案如下：

一种润滑剂用紫磷纳米片，所述紫磷纳米片的厚度为1-80nm，横向尺寸为0.01-20μm。

根据本发明优选的，所述紫磷纳米片的层数为1-40层。

根据本发明优选的，所述紫磷纳米片的厚度为5-70nm，横向尺寸为0.5-10μm。

根据本发明，上述润滑剂用紫磷纳米片的制备方法，包括步骤如下：

将紫磷粉末加入有机溶剂中得到分散液，在惰性气体气氛下，将所得分散液进行超声剥离；之后进行低速离心，取上清液进行超速离心，取沉淀真空干燥，得到润滑剂用紫磷纳米片。

根据本发明优选的，所述紫磷粉末是将紫磷晶体置于研钵中充分研磨成粉末得到的，所述紫磷粉末的粒径为50-300μm；所述的紫磷晶体是以无定形红磷为磷源，Sn和SnI₄为传输剂，采用化学气相传输方法制备得到的，其制备方法参考文献L.Zhang,et al.,Angew.Chem.Int.Ed.2020,59,3:1074-1080。

根据本发明优选的，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上的组合。