一种类银耳状MoS2基复合材料的制备方法及所得产品和应用

本发明涉及一种具有类银耳状形貌的二硫化钼基复合材料的制备方法，具体涉及一种采用脉冲激光辐照简单快速的形成具有类银耳状形貌的二硫化钼基复合材料的方法，还涉及到采用该方法得到的产品以及该产品在润滑剂中的应用，属于微纳米粉体的制备。

背景技术：

1、二硫化钼（mos2）作为一种典型的层状材料，在摩擦学中具有重要的地位。mos2具有六方层状结构，其中s-mo-s层通过范德华力连接，由于这种弱连接，这些层间在摩擦应力的作用下具有较低的抗剪切能力，使其具有优异的摩擦特性及润滑特性。但由于其容易堆积成片状结构，导致在实际应用中存在分散性和稳定性的限制，在高剪切应力环境下摩擦膜容易被破坏，使得摩擦系数升高，限制了二硫化钼在高负载条件下的应用。球形mos2作为润滑添加剂在高热应力和高机械应力下比纳米片状mos2更稳定，并且显示出更优异的摩擦学性能。因此，球形mos2在众多领域的潜在应用引起了众多研究者的广泛关注。通过近年研究表明，适当添加多种类的润滑材料可以进一步提高润滑剂添加剂的摩擦学性能。硫化铜（cus）是一种稳定的金属硫化物，近年来在光催化、电化学传感器、能源开发和生物医学中展现出巨大的应用潜力。相比于其他金属硫化物，当硫化铜纳米颗粒添加到基础油中时，不仅表现出优异的减磨性能，同时也表现出良好的抗磨性能。

2、作为优良的固体润滑剂,mos2和cus具有广泛的应用前景。近年来,随着科学技术的发展, mos2和cus的单组分材料的制备工艺已经比较成熟。具体来说, mos2的制备方法有直接硫化法、硫化氢气硫化法、溶剂热合成法、超临界合成法以及水热/溶胶-凝胶法等；cus也可以通过直接加热法、溶剂热法、单一前驱体热分解法、硫化氢气相反应法、微波合成法以及水热合成法来获得。这些方法都已经有较系统的研究,不同方法各有优势,可以合成控制性能较好的mos2或cus产品。

3、但是,将mos2和cus组合起来形成复合润滑材料的研究还比较少,目前还缺乏成熟的mos2与cus复合材料的制备技术。这种复合材料集mos2和cus各自优点于一体,既可以发挥mos2的润滑减摩功能,也可利用cus的载体作用,提高mos2的稳定性。因此，开发mos2与cus复合材料的制备新工艺、实现两种材料的优势互补,将进一步扩大其在空间、高负载等领域的应用范围，具有重要的学术价值和应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种类银耳状mos2基复合材料的制备方法及所得产品，该方法以二硫化钼和硫化铜为原料，采用脉冲激光辐照法合成mos2基复合材料，操作简化、工艺流程短,大大减少了成形时间,耗时短，所得mos2基复合材料具有特殊的类似于银耳的微观形貌，该mos2基复合材料具有自存储润滑剂的性能，比普通二硫化钼粉末具有更为优异的减摩等性能。

2、本发明采用脉冲激光辐照的方式来制备类银耳状mos2基复合材料，脉冲激光能够在瞬间产生高温高压环境，能够迅速将二硫化钼烧蚀，烧蚀后的二硫化钼在低温水环境下迅速冷却，包裹在硫化铜表面形成球形颗粒，进一步通过脉冲激光和较高温度水的共同作用下，表面形成银耳状形貌，得到类银耳状核壳结构的二硫化钼基复合材料。

3、本发明具体技术方案如下：

4、一种类银耳状mos2基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

5、（1）将二硫化钼粉末与硫化铜粉末分散在水中，超声分散形成悬浮液；

6、（2）先在较低温度下对悬浮液进行第一次脉冲激光辐照，再在较高温度下对悬浮液进行第二次脉冲激光辐照，使二硫化钼粉末和硫化铜粉末转变为类银耳状的核壳结构；

7、（3）辐照完后，将悬浮液离心、分离，所得沉淀干燥，得到类银耳状mos2基复合材料。

8、本发明所用的原料为二硫化钼粉末与硫化铜粉末，二硫化钼粉末的纯度在95%以上，硫化铜粉末的纯度在90%以上，可以从市场上购买得到。该二硫化钼粉末原料的微观形貌为片状。硫化铜粉末原料的微观形貌为球形粒子状态。

9、进一步的，步骤（1）中，二硫化钼在水中的浓度为15~30mg/ml，例如15mg/ml、20mg/ml、25mg/ml、30mg/ml。二硫化钼在去离子水中的浓度不易过小，浓度过小在辐照过程中无法均匀的使二硫化钼包裹在硫化铜表面，同时也要保证浓度不应过大，保证激光辐照过程中二硫化钼均匀的接受相同的能量。

10、进一步的，步骤（1）中，硫化铜在水中的浓度为3~8mg/ml，例如3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml、8mg/ml。在研究时发现，硫化铜的加入对于产物形貌的形成有一定的影响，当未加入硫化铜时，产物易于存在类富勒烯形貌，使产物失去自存储润滑剂的特性。

11、进一步的，步骤（1）中，本发明选择水为溶剂，水不与二硫化钼和硫化铜发生反应且产物易于分离。通过特殊的两段脉冲激光处理方式与水的共同作用形成了特殊的类银耳状微观结构。水的含量不易过少，保证在激光辐照烧蚀之后可以迅速冷却。

12、进一步的，为了获得形貌均一的产品, 步骤（1）中优选先将原料粉末经过研磨,控制粒度在1.2μm以下,这样可以使粉末粒度分布更加均匀。均匀的小粒径粉末,不仅有利于在后续步骤中获得更好的分散效果,而且在辐照过程中,不同粒子接收到的能量也更加接近相等,这可以使最终产品的形貌更加一致。因此,将原料粉末预先研磨控制在细小均一的粒度,更利于获得形貌均匀的产品。

13、进一步的，步骤（2）中，采用两段脉冲激光对二硫化钼和硫化铜进行处理，第一段处理在较低温度下进行，处理温度为0～10℃。第二段处理在较高温度下进行，处理温度为40～60℃。

14、进一步的，步骤（2）中，第一段脉冲激光辐照的工作参数如下：频率为7～10hz，脉冲电压工作电压24～27kv，能量密度为200～300 mj pulse-1cm-2，脉冲宽度为20～30ns，辐照时间为10～40min。第二段脉冲激光辐照的工作参数如下： 频率为4～6hz，脉冲电压工作电压为20～23kv，能量密度为50～180 mj pulse-1cm-2，脉冲宽度为20～30ns，辐照时间为5～20min。

15、进一步的，脉冲激光的形成方式为：首先,激光器发出连续的激光束。然后该激光束经过反光镜反射和凸透镜聚焦,形成需要的光斑大小。通过调节光学器件的位置和角度,精确调控聚焦光斑的大小。最后,调节激光器的工作参数,产生所需能量密度、脉冲宽度和频率的脉冲激光输出。这样,就获得了一束参数可控的脉冲激光束,可以进行样品的精确辐照。这种通过反射镜和透镜调控脉冲激光参数的方案,操作简便可控,能够准确获得所需的脉冲激光束。

16、进一步的，步骤（2）中，为了使辐照更均匀，悬浮液在搅拌下进行脉冲激光辐照，搅拌速度为50～150r/min，例如50r/min、70r/min、90r/min、110r/min、130r/min、150r/min。

17、进一步的，步骤（3）中，所得沉淀干燥的目的是为了充分挥发溶剂，干燥可以采用减压加热的方式，为减少样品团聚加热温度不能高于60℃，必要时可以采用冷冻干燥。

18、本发明上述方法得到的类银耳状二硫化钼基复合材料结构特殊，具有自存储润滑剂的性能，承载能力更高，在摩擦过程中可以充分发挥固液协同润滑作用，比普通二硫化钼粉末具有更为优异的减摩等性能，因此可以作为减摩擦助剂使用，用于润滑油或润滑脂中。当用作润滑油、润滑脂的添加剂时，添加量在1.25wt%左右。

19、本发明将二硫化钼粉末与硫化铜粉末分散在水中，形成悬浮液，经反光镜和凸透镜聚焦后的激光束直接辐照该悬浮液，使水中的二硫化钼粉末与硫化铜粉末瞬间获得高能量被烧蚀并被水迅速冷却，从而实现类银耳状二硫化钼基复合材料的制备。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、1、本发明方法新颖，只需要一步即可实现二硫化钼与硫化铜粉末向类银耳状二硫化钼基复合材料的转变，操作流程简单，反应快速，产物纯度高无杂质污染，制备成本低，避免了机械混合法和原位反应法中组分控制不均、条件苛刻、反应时间长产量低等不足。

21、2、本发明制备过程只需要激光辐照分散在水中的二硫化钼和硫化铜粉末，不需要其他的反应试剂和复杂实验装置，条件易控，工艺简单，成本低，解决了现有制备过程复杂、组分难以控制以及难以批量生产的难题。

22、3、本发明制得的二硫化钼基复合材料具有类银耳状的结构，类银耳状结构与表面光滑的微球相比具有自存储润滑剂的性能，在润滑剂中的分散稳定性更好，在摩擦过程中可以更好的发挥固液协同润滑作用，更易形成摩擦膜，承载能力提高，类银耳状的球形状态可以在摩擦界面发挥微轴承的作用，使摩擦副界面之间分离，有效的降低摩擦与磨损，在摩擦过程中更利于减小摩擦，具有优异的摩擦学特性。

23、4、本发明二硫化钼基复合材料可以用作润滑油或润滑脂的添加剂，提升润滑油和润滑脂的性能，具有良好的应用前景。