本發(fā)明屬于碳量子點(diǎn)制備方法，涉及離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，本發(fā)明還涉及上述離子液體修飾碳量子點(diǎn)的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)必然涉及到材料界面間的摩擦和磨損問(wèn)題，從而造成能源消耗和經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境將造成不可逆的影響。全世界每年約30％的一次能源因摩擦磨損而被消耗，磨損導(dǎo)致了約60％的機(jī)械零件失效，大約50％的生產(chǎn)與交通事故源于潤(rùn)滑的失效和過(guò)度磨損。潤(rùn)滑材料的合理應(yīng)用可有效降低相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體表面的磨損率并降低其摩擦阻力。碳量子點(diǎn)是一種具有準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu)的新型零維納米碳材料，其內(nèi)核為sp2或sp3雜化的類石墨烯結(jié)構(gòu)，具有毒性小、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、生物相容性良好、熱穩(wěn)定性好、水溶性好、光穩(wěn)定性強(qiáng)、無(wú)光閃爍和功能化等優(yōu)點(diǎn)。

2、碳量子點(diǎn)作為納米潤(rùn)滑添加劑時(shí)能夠通過(guò)滾動(dòng)、拋光、自修復(fù)等效應(yīng)來(lái)修復(fù)摩擦副表面的微觀損傷，以此來(lái)達(dá)到減摩抗磨的目的。此外，碳量子點(diǎn)因其本身結(jié)構(gòu)的豐富性和可修飾性，能夠通過(guò)改變前驅(qū)體和修飾體的種類，以獲得不同結(jié)構(gòu)和功能的碳量子點(diǎn)。目前，碳量子點(diǎn)作為納米潤(rùn)滑添加劑時(shí)還存在以下問(wèn)題：制備過(guò)程較為繁瑣、產(chǎn)率低、在基礎(chǔ)潤(rùn)滑液中的長(zhǎng)期分散穩(wěn)定性較差、易團(tuán)聚和沉降等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的一鍋熱解法成功制備了離子化碳點(diǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的制備過(guò)程繁瑣、在基礎(chǔ)潤(rùn)滑液中分散穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的另一目的是提供離子液體修飾碳量子點(diǎn)的應(yīng)用，當(dāng)所制備的離子液體修飾碳量子點(diǎn)作為納米潤(rùn)滑添加劑時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)潤(rùn)滑液的減摩抗磨性能改善效果好。

3、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，具體按照如下步驟實(shí)施：

4、步驟1，制備氨基醇胺離子液體；

5、步驟2，將步驟1制備的氨基醇胺離子液體和檸檬酸混合并在氬氣保護(hù)下進(jìn)行碳化反應(yīng)；

6、步驟3，將步驟2反應(yīng)結(jié)束后的產(chǎn)物冷卻至室溫后加入離子水溶解再進(jìn)行離心、透析、蒸餾、冷卻、真空干燥，獲得褐色粉末狀的離子液體修飾碳量子點(diǎn)。

7、優(yōu)選的，步驟1具體為：

8、步驟1.1，將氨基酸和三乙醇胺分散在溶劑中，在氮?dú)鈿夥罩谐浞址磻?yīng)；

9、步驟1.2，將步驟1.1得到的產(chǎn)物進(jìn)行減壓蒸餾；

10、步驟1.3，將蒸餾得到產(chǎn)物進(jìn)行干燥，獲得離子液體修飾碳量子點(diǎn)前驅(qū)體，即就是氨基醇胺離子液體。

11、優(yōu)選的，步驟1.1中氨基酸與三乙醇胺的摩爾比為1:1～1:1.2。

12、優(yōu)選的，步驟1.1中的氨基酸為絲氨酸。

13、優(yōu)選的，步驟1.1中的溶劑為離子水或無(wú)水乙醇，步驟1.1的反應(yīng)溫度為65～85℃，反應(yīng)時(shí)間為12～72h。

14、優(yōu)選的，步驟2中檸檬酸和氨基醇胺離子液體的質(zhì)量比為1:1～1:10。

15、優(yōu)選的，步驟2中碳化反應(yīng)的碳化溫度為160～280℃，碳化時(shí)間為2～8h。

16、優(yōu)選的，步驟3中的離心速度為10000～12000rpm，離心時(shí)間為10～30min；步驟3中冷卻和真空干燥的時(shí)間均為48～72h。

17、優(yōu)選的，步驟3中進(jìn)行透析時(shí)，透析液為去離子水，將離心后的上清液置于透析袋中，在透析液中進(jìn)行透析，透析袋的截留分子量為500～2000da，透析時(shí)間為48～72h，透析期間根據(jù)需求更換透析液。

18、本發(fā)明采用的第二種技術(shù)方案是：離子液體修飾碳量子點(diǎn)的應(yīng)用，將上述方法制備的離子液體修飾碳量子點(diǎn)作為水溶性納米潤(rùn)滑添加劑材料使用。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、(1)本發(fā)明通過(guò)采用離子液體對(duì)碳量子點(diǎn)表面進(jìn)行修飾，能夠在保持碳量子點(diǎn)小尺寸效應(yīng)的前提下，抑制碳量子點(diǎn)的高表面能，有效解決納米顆粒在基礎(chǔ)潤(rùn)滑液中的團(tuán)聚和沉降問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，結(jié)果顯示，離子化碳點(diǎn)相應(yīng)的均方位移斜率和擴(kuò)散系數(shù)值均大于一般的碳量子點(diǎn)，表明離子化碳點(diǎn)在基礎(chǔ)潤(rùn)滑液中的運(yùn)動(dòng)遷移能力較強(qiáng)，即具有較為優(yōu)異的長(zhǎng)效分散穩(wěn)定性。

21、(2)本發(fā)明通過(guò)一步酸堿中和反應(yīng)和一步熱解法制備了離子液體修飾的碳量子點(diǎn)，方法簡(jiǎn)易可行、原料成本低、產(chǎn)率較高，且制備的離子液體修飾的碳量子點(diǎn)作為納米潤(rùn)滑添加劑時(shí)具有良好的減摩抗磨效果，拓寬了納米顆粒作為減摩抗磨添加劑時(shí)在潤(rùn)滑領(lǐng)域的適用范圍與應(yīng)用前景。

22、(3)本發(fā)明離子液體修飾碳量子點(diǎn)表面以陰離子形式存在，能夠通過(guò)靜電作用力或范德華力與摩擦副表面發(fā)生較強(qiáng)的吸附作用，通過(guò)表現(xiàn)出納米顆粒的滾珠、拋光和修復(fù)效應(yīng)來(lái)改善和解決高端裝備在運(yùn)行過(guò)程中摩擦磨損和潤(rùn)滑不良等問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，具體按照如下步驟實(shí)施：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟1.1中氨基酸與三乙醇胺的摩爾比為1:1～1:1.2。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟1.1中的氨基酸為絲氨酸。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟1.1中的溶劑為離子水或無(wú)水乙醇，步驟1.1的反應(yīng)溫度為65～85℃，反應(yīng)時(shí)間為12～72h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟2中檸檬酸和氨基醇胺離子液體的質(zhì)量比為1:1～1:10。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟2中碳化反應(yīng)的碳化溫度為160～280℃，碳化時(shí)間為2～8h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟3中的離心速度為10000～12000rpm，離心時(shí)間為10～30min；步驟3中冷卻和真空干燥的時(shí)間均為48～72h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，其特征在于，所述步驟3中進(jìn)行透析時(shí)，透析液為去離子水，將離心后的上清液置于透析袋中，在透析液中進(jìn)行透析，透析袋的截留分子量為500～2000da，透析時(shí)間為48～72h，透析期間根據(jù)需求更換透析液。

10.離子液體修飾碳量子點(diǎn)的應(yīng)用，其特征在于，將如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)權(quán)利要求制備的離子液體修飾碳量子點(diǎn)作為水溶性納米潤(rùn)滑添加劑材料使用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了離子液體修飾碳量子點(diǎn)的制備方法，具體按照如下步驟實(shí)施：步驟1，制備氨基醇胺離子液體；步驟2，將步驟1制備的氨基醇胺離子液體和檸檬酸混合并在氬氣保護(hù)下進(jìn)行碳化反應(yīng)；步驟3，將步驟2反應(yīng)結(jié)束后的產(chǎn)物冷卻至室溫后加入離子水溶解再進(jìn)行離心、透析、蒸餾、冷卻、真空干燥，獲得褐色粉末狀的離子液體修飾碳量子點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的一鍋熱解法成功制備了離子化碳點(diǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的制備過(guò)程繁瑣、在基礎(chǔ)潤(rùn)滑液中分散穩(wěn)定性差的問(wèn)題。本發(fā)明還公開了離子液體修飾碳量子點(diǎn)的應(yīng)用，當(dāng)所制備的離子液體修飾碳量子點(diǎn)作為納米潤(rùn)滑添加劑時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)潤(rùn)滑液的減摩抗磨性能改善效果好。

技術(shù)研發(fā)人員：李鵬陽(yáng),楊朝釗,陳國(guó)慶,董永亨,張睿媛,馬煜寶,王濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15