专利摘要

本发明公开了一种类石墨相氮化碳/二硫化钼复合物的制备方法，是将g‑C3N4、钼酸铵、硫脲、柠檬酸按一定的比例超声完全溶解于去离子水中，然后转移至高压反应釜中反应进行水热反应；待冷却后离心，清洗，得到粉末状g‑C3N4/MoS2复合材料。该g‑C3N4/MoS2复合物中，MoS2纳米微球花均匀分布或被包裹在g‑C3N4片层中，且g‑C3N4和MoS2之间存在明显的异质结构，充分发挥了组分间良好的协同效应，使得g‑C3N4/MoS2复合粉末具有低摩擦系数、超长耐磨寿命的优异润滑和摩擦性能，作为新型固体润滑剂在润滑油添加剂、固体润滑涂层、聚合物自润滑材料等方面具有很大的应用前景和价值。

权利要求

1.一种g-C3N4/MoS2复合物的制备方法，其特征在于：

（1）g-C3N4粉末的制备：称取一定量的尿素放入坩埚中，其填充度为40%；将坩埚加盖后放入马弗炉中，以8℃/分钟速率升温至600℃，保温煅烧3小时；之后将样品自然冷却至室温，收集产物g-C3N4粉末；

（2）g-C3N4/MoS2复合物的制备：称取g-C3N4粉末100g，钼酸钠760g，硫脲1320g，柠檬酸820g，加入适量去离子水中，超声搅拌完全溶解后转移至高压反应釜中反应：升温至200℃，保温25h；待冷却后离心清洗，得到g-C3N4/MoS2复合物。

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨相氮化碳/二硫化钼（g-C₃N₄/MoS₂）复合物的制备方法，主要作为固体润滑剂材料，应用于润滑油添加剂、固体润滑涂层、聚合物自润滑材料等方面，属于复合材料领域和固体润滑领域。

背景技术

机械运动部件都会面临摩擦、磨损问题，润滑材料是降低摩擦、减小或避免磨损、提高工作效率、延长设备寿命的最有效手段。随着现代工业和高新技术的发展，在重载荷、高低温、高低速、特殊环境、超长运行寿命等苛刻服役工况下，以二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯为代表的传统固体润滑剂已经不能满足运动系统低摩擦、高可靠、高效率、长寿命运行要求。如石墨在真空下润滑性能和耐磨寿命极差；二硫化钼容易吸潮，导致润滑性能下降；聚四氟乙烯在重载条件下易发生冷流，导致寿命急剧降低。此外，单一润滑材料已经无法满足航空航天装备功能一体化的设计要求。如我国正在大力发展海洋装备，其运动部件不仅要考虑润滑耐磨问题，更要考虑海洋环境带来的严重腐蚀问题，迫切需要发展润滑、耐磨和防腐一体化的涂层材料和技术；探月装备要求发展低摩擦与导电一体化润滑材料。

单层或多层二硫化钼（MoS₂）是由原子共价键S-Mo-S结合形成层状结构的直接带隙半导体材料，其结构与石墨烯相似。MoS₂层与层之间靠较弱的范德华力相结合，容易发生滑移，从而使MoS₂有很低的摩擦系数。同时，MoS₂具有热稳定性，低的抗剪切强度，强大的表面粘附力等优点，这使MoS₂能够作为固体润滑剂或润滑油添加剂被广泛应用于固体润滑领域。但是MoS₂单独作为摩擦润滑材料时，因在大气环境下容易吸潮和被氧化而失效，故MoS₂适合在真空环境和干燥条件下进行摩擦实验。这些因素减低了其使用价值，极大的限制了其应用。现在人们常把MoS₂与石墨烯、金属元素（Ti、Cr、Ag、W等）相结合，相较于单一MoS₂而言，复合材料具有优异的异质结构，良好的力学、电学、热学等性能。

类石墨相氮化碳（g-C₃N₄）具有优异的化学稳定性、高的机械力学性能、生物相容性、高比表面积、低密度、优良的润滑耐磨性能等。此外g-C₃N₄还具有和石墨类似的层状结构，层内是强的C-N共价键结合，层间是弱的范德华力作用，特别适合与二硫化钼形成复合材料，利用二者协同效应以提高材料综合性能。目前，针对g-C₃N₄/MoS₂复合材料的研究和应用仍然多集中于光催化或者生物传感器等领域，尚未有在润滑摩擦领域的实践。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种g-C₃N₄/MoS₂复合纳米材料的制备方法；

本发明的另一目的在于提供上述g-C₃N₄/MoS₂复合材料的作为固体润滑剂的应用性能。

一、g-C₃N₄/MoS₂复合材料的制备

水热合成法制备g-C₃N₄/MoS₂复合粉末：将g-C₃N₄、钼酸铵、硫脲、柠檬酸依次加入到去离子水中，超声完全溶解后转移至高压反应釜中反应，升温至180~220℃，水热反应20h~30h，待冷却后离心，清洗，得到粉末状g-C₃N₄/MoS₂复合材料。

其中，g-C₃N₄复合粉末有以下工艺制得：将尿素放入坩埚中（尿素在坩埚中的填充度为30~60%），并将坩埚加盖后放入马弗炉中，升温至500~700℃（4-8℃/分钟），保温煅烧2~4小时，自然冷却至室温后，即得g-C₃N₄粉末。

所述钼酸钠的量为g-C₃N₄质量的2.4~7.6倍，硫脲的量为g-C₃N₄质量的3.8~13.2倍，柠檬酸的量为g-C₃N₄质量的2.8~8.2倍。

二、g-C₃N₄/MoS₂复合材料的结构

下面通过x-射线衍射（XRD）分析、场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析对本发明制备的g-C₃N₄/MoS₂复合粉末进行表征。

图1为g-C₃N₄/MoS₂复合材料的XRD，作为对比，也对MoS₂、g-C₃N₄进行了XRD分析。由图1的XRD中可以看出，g-C₃N₄/MoS₂复合粉末即具有MoS₂的衍射峰，又具有g-C₃N₄的衍射峰，没有其他特征峰出现。表明g-C₃N₄/MoS₂复合粉末是由MoS₂、g-C₃N₄两相组成，而且MoS₂、g-C₃N₄的结构没有发生破坏。

图2为g-C₃N₄/MoS₂复合粉末结构FESEM图。由图2可以看出，g-C₃N₄/MoS₂复合粉末呈现出MoS₂微球花被包裹在g-C₃N₄的薄层结构中。

图3、4分别为g-C₃N₄/MoS₂复合粉末结构透射电子形貌图和高分辨射电子形貌图。可以看出，g-C₃N₄/MoS₂复合粉末中包含MoS₂和g-C₃N₄两相，g-C₃N₄为片状结构，MoS₂纳米微球花均匀分布在g-C₃N₄片层上，且MoS₂和g-C₃N₄之间存在明显的异质结构。

三、g-C₃N₄/MoS₂复合粉末的性能

摩擦学性能测试：将g-C₃N₄/MoS₂复合材料以1g/L的浓度超声溶于无水乙醇中（AR，99.9%），用0.2MPa的氮气作为喷涂气源，将溶液喷涂到不锈钢基体上。无水乙醇自然挥发干燥后，得到g-C₃N₄/MoS₂复合涂层。然后采用球盘摩擦试验机测试涂层的摩擦学性能：摩擦对偶为Φ 6 mm的AISI 52100钢球，接触应力1GPa，滑动速度10 cm/s，测试结果如图5所示。可以看出，g-C₃N₄/MoS₂复合材料稳定阶段平均摩擦系数在0.01~0.03之间，摩擦时间长达15000s，展现出优异的润滑和摩擦性能，因此作为新型固体润滑剂在润滑油添加剂、固体润滑涂层、聚合物自润滑材料等方面应用。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明通过水热法制备了粉末状g-C₃N₄/MoS₂复合材料，具有方法简单可行，操作方便，环保经济等特点；

2、本发明制备的g-C₃N₄/MoS₂复合材料由于g-C₃N₄和MoS₂之间异质结构的存在，充分发挥了组分间良好的协同效应，具有超低摩擦系数、超长耐磨寿命的优异润滑性能，作为固体润滑剂在润滑油添加剂、固体润滑涂层、聚合物自润滑等方面具有很好的应用前景。

附图说明

图1为g-C₃N₄/MoS₂复合物的X-射线衍射图谱。

图2为g-C₃N₄/MoS₂复合物的扫描电子形貌图。

图3为g-C₃N₄/MoS₂复合物的透射电子形貌图。

图4为g-C₃N₄/MoS₂复合物的高分辨透射电子形貌图。

图5为g-C₃N₄/MoS₂复合粉末摩擦系数随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明石墨烯/g-C₃N₄复合粉末的制备方法做进一步说明。

实施例1

（1）g-C₃N₄粉末的制备：称取一定量的尿素放入坩埚中（填充度50%）；将坩埚加盖后放入马弗炉中，以5℃/分钟速率升温至550℃，保温煅烧4小时；之后将样品自然冷却至室温，收集产物即为g-C₃N₄粉末；

（2）g-C₃N₄/MoS₂复合物的制备：称取g-C₃N₄粉末100g，钼酸钠240g，硫脲380g，柠檬酸280g，加入适量去离子水中，超声搅拌完全溶解后转移至高压反应釜中反应，升温至180℃，保温30h；待冷却后离心，清洗，得到g-C₃N₄/MoS₂复合物。

按前述方法对g-C₃N₄/MoS₂复合物进行摩擦学性能测试，显示，g-C₃N₄/MoS₂复合物组成的涂层稳定阶段平均摩擦系数为0.025，摩擦时间长达15000s，展现出优异的润滑和摩擦性能。

实施例2

（1）g-C₃N₄粉末的制备：称取一定量的尿素放入坩埚中（填充度60%）；将坩埚加盖后放入马弗炉中，以8℃/分钟速率升温至700℃，保温煅烧2小时；之后将样品自然冷却至室温，收集产物即为g-C₃N₄粉末；

（2）g-C₃N₄/MoS₂复合物的制备：称取g-C₃N₄粉末100g，钼酸钠380g，硫脲660g，柠檬酸410g，加入适量去离子水中，超声搅拌完全溶解后转移至高压反应釜中反应。升温200℃，保温25h。待冷却后离心清洗得到g-C₃N₄/MoS₂复合物。

按前述方法对g-C₃N/MoS₂复合物进行摩擦学性能测试，显示g-C₃N₄/MoS₂复合物组成的涂层稳定阶段平均摩擦系数为0.022，摩擦事件长达20000s，展现出优异的润滑和摩擦性能。

实施例3

（1）g-C₃N₄粉末的制备：称取一定量的尿素放入坩埚中（填充度60%）；将坩埚加盖后放入马弗炉中，以8℃/分钟速率升温至650℃，保温煅烧3小时；之后将样品自然冷却至室温，收集产物g-C₃N₄粉末；

（2）g-C₃N₄/MoS₂复合物的制备：称取g-C₃N₄粉末100g，钼酸钠580g，硫脲1000g，柠檬酸620g，加入适量去离子水中，超声搅拌完全溶解后转移至高压反应釜中反应。升温220℃，保温20h。待冷却后离心清洗得到g-C₃N₄/MoS₂复合物。

按前述方法对g-C₃N₄/MoS₂复合物进行摩擦学性能测试，显示：g-C₃N₄/MoS₂复合物组成的涂层稳定阶段平均摩擦系数为0.018，摩擦事件长达23000s，展现出优异的润滑和摩擦性能。

实施例4

（1）g-C₃N₄粉末的制备：称取一定量的尿素放入坩埚中（填充度40%）；将坩埚加盖后放入马弗炉中，以8℃/分钟速率升温至600℃，保温煅烧3小时；之后将样品自然冷却至室温，收集产物g-C₃N₄粉末；

（2）g-C₃N₄/MoS₂复合物的制备：称取g-C₃N₄粉末100g，钼酸钠760g，硫脲1320g，柠檬酸820g，加入适量去离子水中，超声搅拌完全溶解后转移至高压反应釜中反应。升温200℃，保温25h。待冷却后离心清洗得到g-C₃N₄/MoS₂复合物。

按前述方法对g-C₃N₄/MoS₂复合物进行摩擦学性能测试，显示：g-C₃N₄/MoS₂复合物组成的涂层稳定阶段平均摩擦系数为0.012，摩擦事件长达25000s，展现出优异的润滑和摩擦性能。

一种类石墨相氮化碳/二硫化钼复合物的制备和作为固体润滑剂的应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。