一种范德华异质结WS2/h-BN及其自组装制备方法

一种范德华异质结ws2/h-bn及其自组装制备方法
技术领域
1.本发明涉及滑动电接触材料制备技术领域，特别是涉及一种范德华异质结ws2/h-bn及其自组装制备方法。

背景技术：

2.滑动电接触材料用于相对运动机构间的电流传输，是直流电机、导电滑环等产品的核心功能部件，广泛应用于轨道交通、发电供电、工业生产、航空航天、军事等领域。
3.滑动电接触材料通常由金属和固体润滑剂两相构成，金属承担载荷和电流传输，固体润滑剂起到承担减摩耐磨作用。因此，润滑性能优异的固体润滑剂是保障滑动电接触材料长期稳定服役的关键。传统的固体润滑材料(石墨、ws2、mos2等)虽然在高温高压等极端条件下能够保持较好的稳定性，但因自身呈现公度接触导致其润滑性能损失，润滑性能难以提升，无法满足滑动电接触材料对高性能固体润滑剂的需求。范德华异质结具有超润滑性能(摩擦系数《0.001、磨损率趋于零)，构建超润滑范德华异质结可为减少滑动电接触材料的摩擦、磨损提供可行的实现途径。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种范德华异质结ws2/h-bn及其自组装制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用层层自组装方式形成多层范德华异质结ws2/h-bn，通过简便的制备过程实现异质结的超滑性能，满足大批量生产需求。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种范德华异质结ws2/h-bn的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将六方氮化硼粉末和二硫化钨粉末分别分散于水中，分别配制成0.5～1.5g/l的分散液，超声振荡处理；
8.(2)向步骤(1)得到的六方氮化硼分散液中加入阳离子改性剂，二硫化钨分散液中加入阴离子改性剂，加入改性剂的浓度为0.5～1.5g/l，搅拌3h；
9.(3)将步骤(2)得到的二硫化钨分散液与六方氮化硼分散液混合，将混合液搅拌后，静置；
10.(4)将静置后的混合液抽滤，滤饼洗涤后干燥，即得所述范德华异质结ws2/h-bn。
11.进一步地，所述六方氮化硼粉末和二硫化钨粉末的质量比为1:1～1:5。
12.进一步地，所述阳离子改性剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵pdda、十六烷基三甲基溴化铵ctab、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵dmc。
13.进一步地，所述阴离子改性剂为十二烷基苯磺酸钠las、十六烷基磺酸盐sas、丁基黄药rocssna。
14.进一步地，步骤(4)中干燥温度为60-105℃，干燥时间为6h。
15.进一步地，步骤(3)中二硫化钨分散液以滴加的方式与六方氮化硼分散液混合。
16.进一步地，步骤(1)中超声振荡处理时间为1h。
17.进一步地，步骤(2)采用磁力搅拌方式，搅拌时间为3～4h。
18.进一步地，步骤(3)采用磁力搅拌方式，搅拌时间为45min，静置时间为24h以上。
19.本发明还提供上述制备方法制备得到的范德华异质结ws2/h-bn。
20.本发明公开了以下技术效果：
21.1.本发明范德华异质结ws2/h-bn的制备过程简便、可大批量生产：利用阴、阳离子改性剂分别对二硫化钨和六方氮化硼颗粒进行改性，使得六方氮化硼、二硫化钨表面荷电极性相反，六方氮化硼表面荷正电、二硫化钨表面荷负电，混合液中六方氮化硼、二硫化钨颗粒于正负电荷静电吸引作用驱动下，实现层层自组装过程，进而形成多层范德华异质结ws2/h-bn。
22.2.二硫化钨颗粒与六方氮化硼颗粒之间通过范德华力相连接，特别是二者界面处保持非公度接触，可实现宏观超滑性能。
23.3.本发明制备工艺简单，可大规模用于构建范德华异质结ws2/h-bn。
24.4.本发明合成的范德华异质结ws2/h-bn是具有超滑性能的固体润滑材料，可作为润滑涂层、润滑油添加剂和自润滑复合材料润滑相等具有广泛的应用。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为实施例1制备的范德华异质结ws2/h-bn的形貌及元素分布图；其中a、b分别为范德华异质结构横面与截面示意图，c、d分别为截面和横面的扫描电镜图，e为n元素分布图、f分为w元素分布图；
27.图2为实施例1制备得范德华异质结ws2/h-bn的xrd图。
具体实施方式
28.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
29.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
30.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
31.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多
种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
32.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
33.实施例1
34.范德华异质结ws2/h-bn的自组装制备：
35.(1)称取质量0.25g的六方氮化硼分散到200ml去离子水，称取质量0.75g二硫化钨分散到600ml去离子水中，分别超声震荡分散1.0h；
36.(2)在六方氮化硼分散液中滴加0.26g阳离子改性剂2-甲基丙烷酰氧乙基三甲基氯化铵dmc(75wt％)，二硫化钨分散液中加入0.4g阴离子改性剂丁基黄药；
37.(3)将添加改性剂后的分散液分别于磁力搅拌机上搅拌3h；
38.(4)搅拌完毕后，将六方氮化硼的分散液转移到一个干净的烧杯中，再将二硫化钨分散液用滴管滴加到六方氮化硼的分散液中；
39.(5)将六方氮化硼与二硫化钨的混合液磁力搅拌45min，之后静置24h；
40.(6)将静置后的混合液进行抽滤，用去离子水洗涤三次、无水乙醇洗涤三次；
41.(7)将得到滤饼于60℃干燥箱中干燥6h，即可成功获得层层组装结构的多层范德华异质结ws2/h-bn。
42.实施例1制备的范德华异质结ws2/h-bn的形貌及元素分布图见图1。由图1可以看出，所制备的ws2/h-bn中六方氮化硼颗粒与二硫化钨颗粒交替堆叠，是典型的范德华异质结结构。
43.实施例1制备的范德华异质结ws2/h-bn的x射线衍射图见图2。由图2可以看出，所制备的范德华异质结由ws2和h-bn构成。
44.将合成的范德华异质结ws2/h-bn添加到水中，添加量为5.0g/l时，浸没于该溶液的316不锈钢的摩擦系数从0.95降低到0.44，摩擦系数减小54％。
45.实施例2
46.范德华异质结ws2/h-bn的自组装制备：
47.(1)称取质量0.25g的六方氮化硼分散到250ml去离子水，称取质量0.75g二硫化钨分散到750ml去离子水中，分别超声震荡分散1.0h；
48.(2)在六方氮化硼分散液中加0.35g阳离子改性剂聚二烯丙基二甲基氯化铵pdda(35wt％)，在二硫化钨分散液中加入0.375g阴离子改性剂丁基黄药rocssna；
49.(3)将添加改性剂后的分散液分别于磁力搅拌机上搅拌3h；
50.(4)搅拌完毕后，将六方氮化硼的分散液转移到一个干净的烧杯中，再将二硫化钨分散液用滴管滴加到六方氮化硼的分散液中；
51.(5)将六方氮化硼与二硫化钨的混合液磁力搅拌45min，之后静置24h；
52.(6)将静置后的混合进行抽滤，用去离子水洗涤三次、无水乙醇洗涤三次；
53.(7)将得到滤饼于60℃干燥箱中干燥6h，即可成功获得层层组装结构的多层范德华异质结ws2/h-bn。
54.实施例3
55.范德华异质结ws2/h-bn的自组装制备：
56.(1)称取质量0.25g的六方氮化硼分散到500ml去离子水，称取质量0.25g二硫化钨分散到500ml去离子水中，分别超声震荡分散1.0h；
57.(2)在六方氮化硼分散液中滴加0.57g阳离子改性剂聚二烯丙基二甲基氯化铵pdda(35wt％)，二硫化钨分散液中加入0.4g阴离子改性剂十二烷基苯磺酸钠las；
58.(3)将添加改性剂后的分散液分别于磁力搅拌机上搅拌3h；
59.(4)搅拌完毕后，将六方氮化硼的分散液转移到一个干净的烧杯中，再将二硫化钨分散液用滴管滴加到六方氮化硼的分散液中；
60.(5)将六方氮化硼与二硫化钨的混合液磁力搅拌45min，之后静置24h；
61.(6)将静置后的混合进行抽滤，用去离子水洗涤三次、无水乙醇洗涤三次；
62.(7)将得到滤饼于60℃干燥箱中干燥6h，即可成功获得层层组装结构的多层范德华异质结ws2/h-bn。
63.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种范德华异质结ws2/h-bn的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六方氮化硼粉末和二硫化钨粉末分别分散于水中，超声振荡处理；(2)向步骤(1)得到的六方氮化硼分散液中加入阳离子改性剂，二硫化钨分散液中加入阴离子改性剂，搅拌；(3)将步骤(2)得到的二硫化钨分散液与六方氮化硼分散液混合，将混合液搅拌后，静置；(4)将静置后的混合液抽滤，滤饼洗涤后干燥，即得所述范德华异质结ws2/h-bn。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述六方氮化硼粉末和二硫化钨粉末的质量比为1:1～1:5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阳离子改性剂为聚二烯丙基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、2-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阴离子改性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸盐、丁基黄药。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中干燥温度为60～105℃，干燥时间为6h。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中二硫化钨分散液以滴加的方式与六方氮化硼分散液混合。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中超声振荡处理时间为1h。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)采用磁力搅拌方式，搅拌时间为3～4h。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)采用磁力搅拌方式，搅拌时间为45min，静置时间为24h以上。10.如权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到的范德华异质结ws2/h-bn。

技术总结

本发明公开了一种范德华异质结WS2/h-BN及其自组装制备方法，属于滑动电接触材料制备技术领域。本发明采用阴、阳离子改性剂分别对二硫化钨、六方氮化硼表面进行修饰，促使六方氮化硼表面荷正电、二硫化钨表面荷负电，利用六方氮化硼与二硫化钨表面的静电吸引作用，驱动六方氮化硼、二硫化钨层层自组装形成范德华异质结WS2/h-BN。本发明制备工艺简单，可大规模用于构建范德华异质结WS2/h-BN。本发明合成的范德华异质结WS2/h-BN是具有超滑性能的固体润滑材料，可作为润滑涂层、润滑油添加剂和自润滑复合材料润滑相等，具有广泛的应用。具有广泛的应用。具有广泛的应用。