一种杂原子掺杂型碳点基润滑剂及其制备方法和应用

本发明涉及润滑添加剂，具体涉及一种杂原子掺杂型碳点基润滑剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、当今，随着科学技术的飞速发展，机械装备已然成为人类生活中必不可少的一部分。然而，在设备的运转过程中往往伴随着摩擦与磨损，造成不必要的能量耗散，甚至导致设备运转失效。据统计，摩擦磨损造成的全球能源损失约占能源消耗的30％。引入液体润滑剂是能够有效抑制摩擦和磨损的重要手段。然而，单一的润滑剂难以满足机械装备苛刻的运转工况，往往需要引入功能性润滑添加剂来改善其性能。近年来，纳米材料作为功能性润滑添加剂展现出巨大的潜力，主要在于其纳米级尺寸具有优异的嵌入稳定性，超强的扩散能力易于在摩擦副表面吸附，生成稳定有效的摩擦保护膜。常见的有金属单质、金属氧化物、金属硫化物、有机物和碳基纳米材料。随着环境问题的日益突出，碳基纳米材料因其环保、无毒、来源广泛等，展现出独特的优势。

2、碳点(carbon dots)，作为碳基纳米材料家族中的一员，是一种新型的零维碳材料。通常来说，碳点是指精细分散且尺寸集中分布小于10nm的碳颗粒，其表面具有大量的羟基(-oh)、氨基(-nh2)、羧基(-cooh)等极性亲水官能团，在有机极性溶剂中展现出固有的优异的溶解性。因此，在摩擦学领域中具有广阔的应用前景。通常来说，人们倾向于先制备功能性纳米添加剂，然后将其分散到基础油中，以达到基础油功能化的目的。然而，碳点的极小尺寸和表面活性使其更倾向于团聚，失去其固有的尺寸优势；也使得其分离、纯化的过程变得十分困难，往往伴随着长达数小时甚至几天的离心、过滤、透析等复杂手段，这使得其可控合成面临许多挑战，极大地限制了其在摩擦学领域中的应用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种杂原子掺杂型碳点基润滑剂及其制备方法和应用，本发明采用的定向超声处理，能量集中，功率可控，时间可调，得到的杂原子掺杂型碳点基润滑剂具有良好的分散稳定性，显著提高了机械部件的减摩抗磨性能，制备方法简单，避免了纳米添加剂传统复杂的分离、提纯与再分散问题，适用范围广。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，包括以下步骤：

4、将杂环芳香烃化合物前驱体添加至基础油中，分散得到混合液；

5、将所述混合液在外部循环冷却的辅助下，采用定向超声处理，得到杂原子掺杂型碳点基润滑剂。

6、在本发明优选的实施方式中，所述杂环芳香烃化合物前驱体为吡啶、吡嗪、嘧啶、均三嗪、喹啉、苯并吡嗪、苯并嘧啶、苯并吡咯、苯并咪唑、苯并三氮唑、苯并噻吩、苯并噻唑、苯并噻二唑中的一种。

7、在本发明优选的实施方式中，所述混合液中，杂环芳香烃化合物前驱体的质量分数为0.1％～10％。

8、在本发明优选的实施方式中，所述基础油为pao、peg、500sn、500n中的一种。

9、在本发明优选的实施方式中，所述外部循环冷却介质为工业酒精或水，温度为0～20℃。

10、在本发明优选的实施方式中，所述定向超声的工作频率为20～100khz；采用间歇式脉冲循环，超声作用时间与冷却时间比例之比为1～4:1。

11、在本发明优选的实施方式中，所述定向超声时间为5～60min。

12、本发明的另一个目的是提供一种上述任一项所述的制备方法制得的杂原子掺杂型碳点基润滑剂。

13、本发明的第三个目的是提供一种上述所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂在机械运动部件中的应用。

14、在上述应用中，经由定向超声处理后的混合液可以直接转变为杂原子掺杂型碳点基润滑剂，无需进一步分离、提纯与再分散，可直接应用于机械部件。

15、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

16、1、本发明将含有杂环芳香烃化合物前驱体的混合液经由定向超声处理后可以直接转变为杂原子掺杂型碳点基润滑剂，本发明采用的定向超声处理能量集中，功率可控，时间可调，其次，定向超声过程中的声空化现象和笼形效应，使得生成的碳点结晶性良好，稳定性优异，此外，由于整个反应过程在基础油中进行，碳点表面被有效的钝化，因此制备的杂原子掺杂型碳点润滑剂具有良好的分散稳定性，显著提高了润滑剂的减摩抗磨性能。

17、2、本发明通过定向超声处理，原位一步生成了杂原子掺杂型碳点基润滑剂，相较于传统方法长达数小时甚至几天的生产周期，只需5-60min即可实现原位一步制备，极大地克服了碳点作为润滑添加剂应用的局限性，避免了纳米添加剂传统的分离、提纯与再分散的繁琐步骤。

18、3、本发明含有杂环芳香烃化合物前驱体的混合液经由定向超声处理后可以直接转变为杂原子掺杂型碳点基润滑剂，无需进一步分离、提纯与再分散，可直接应用于机械部件。

技术特征：

1.一种杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述杂环芳香烃化合物前驱体为吡啶、吡嗪、嘧啶、均三嗪、喹啉、苯并吡嗪、苯并嘧啶、苯并吡咯、苯并咪唑、苯并三氮唑、苯并噻吩、苯并噻唑、苯并噻二唑中的一种。

3.根据权利要求1所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述混合液中，杂环芳香烃化合物前驱体的质量分数为0.1％～10％。

4.根据权利要求1所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述基础油为pao、peg、500sn、500n中的一种。

5.根据权利要求1所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述外部循环冷却介质为工业酒精或水，温度为0～20℃。

6.根据权利要求1所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂的制备方法，其特征在于，所述定向超声的工作频率为20～100khz；采用间歇式脉冲循环，超声作用时间与冷却时间之比为1～4:1。

7.根据权利要求1所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂的原位制备方法，其特征在于，所述定向超声时间为5～60min。

8.一种权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的杂原子掺杂型碳点基润滑剂。

9.一种权利要求8所述的杂原子掺杂型碳点基润滑剂在机械运动部件中的应用。

技术总结本发明涉及润滑添加剂技术领域，具体涉及一种杂原子掺杂型碳点基润滑剂及其制备方法和应用，包括如下步骤：将杂环芳香烃化合物前驱体添加至基础油中，分散得到混合液；将所述混合液经由外部循环冷却辅助，进行定向超声处理，得到杂原子掺杂型碳点基润滑剂，本发明制备得到的杂原子掺杂型碳点基润滑剂具有优异的分散性和储存稳定性，避免了纳米添加剂传统的分离、提纯与在分散的问题，并能显著提高基础油的减摩抗磨性能，制备方法简单易行。技术研发人员：叶谦,靳广凯,薛盛华,刘淑娟,刘维民受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29