[0031] 本发明氮化硅陶瓷球表面嫁接氮掺杂碳量子点的成膜方法:第一步,制备含有氮掺杂的碳量子点;第二步,将含有碳量子点的凝胶嫁接到陶瓷球表面。具体步骤如下:
[0032] 实施例1
[0033] 第一步,制备含有氮掺杂的碳量子点,具体过程为:
[0034] (1)将柠檬酸为碳源和L‑精氨酸为氮源以1:1的摩尔比进行称量,称量后放置于烧杯中,形成混合粉末。
[0035] (2)量取与混合粉末质量比为1:1的去离子水倒入步骤(1)的烧杯中。
[0036] (3)在常温下,通过磁力搅拌器对步骤(2)的烧杯内溶液进行磁力搅拌0.5h,使其充分溶解,当形成透明溶液即可。
[0037] (4)将烧杯内经磁力搅拌后的溶液放入反应釜中,把反应釜放置恒温干燥箱中,设置温度为220℃,保温3h。反应后,自然冷却至室温,拿出反应釜,透明液体变成深褐色液体。
[0038] (5)将经步骤(4)得到的反应釜中深褐色液体置于高速离心机中,在10000r/min的转速下离心30min,去除大颗粒杂质。
[0039] (6)将步骤(5)中获得的液体装入分子量为1000Da的透析袋中,再将透析袋置于装满去离子水的2000ml大烧杯中,将该烧杯放置在磁力搅拌架上,在不断搅拌下透析24h,透析过程中每隔6h更换一次烧杯中去离子水。
[0040] (7)将经步骤(6)处理后透析袋中的液体置于60℃恒温干燥箱中烘干,即得到氮掺杂的碳量子点。
[0041] 第二步,将含有碳量子点的凝胶嫁接到陶瓷球表面,具体过程为:
[0042] a)称量氮掺杂的碳量子点,加入基体芦荟胶中,进行超声分散30min,使其充分混合均匀,得到芦荟胶混合物;其中,氮掺杂的碳量子点和芦荟胶的质量百分比为0.5%:99.5%。
[0043] b)将配制好的芦荟胶混合物装进雾化喷膜机,对氮化硅陶瓷球表面喷涂芦荟胶混合物。
[0044] c)将喷涂好的氮化硅陶瓷球放在大功率紫外线固化灯下,进行初次固化,固化定形10min,使芦荟胶混合物嫁接在氮化硅陶瓷球表面。
[0045] d)步骤b)和步骤c)重复操作3次,从而在氮化硅陶瓷球表面包覆完整的润滑膜,最后将包覆润滑膜的氮化硅陶瓷球放置在真空干燥箱中,在60℃下二次固化30min,得到表面嫁接氮掺杂的碳量子点润滑膜的氮化硅陶瓷球。
[0046] 实施例2
[0047] 第一步,制备含有氮掺杂的碳量子点,具体过程:
[0048] (1)将柠檬酸为碳源和L‑精氨酸为氮源以1:2的摩尔比进行称量,称量后放置于烧杯中,形成混合粉末。
[0049] (2)使用量筒量取与混合粉末质量比为2:1的去离子水倒入步骤(1)的烧杯中。
[0050] (3)在常温下,通过磁力搅拌器对步骤(2)的烧杯内溶液进行磁力搅拌0.5h,使其充分溶解,当形成透明溶液即可。
[0051] (4)将烧杯内经磁力搅拌后的溶液放入反应釜中,把反应釜放置恒温干燥箱中,设置温度为180℃,保温4h。反应后,自然冷却至室温,拿出反应釜,透明液体变成深褐色液体。
[0052] (5)将经步骤(4)得到的反应釜中深褐色液体置于高速离心机中,在10000r/min的转速下离心30min,去除大颗粒杂质。
[0053] (6)将步骤(5)中获得的液体装入分子量为1000Da的透析袋中,再将透析袋置于装满去离子水的2000ml大烧杯中,将该烧杯放置在磁力搅拌架上,在不断搅拌下透析24h,透析过程中每隔6h更换一次烧杯中去离子水。
[0054] (7)将经步骤(6)处理后透析袋中的液体置于60℃恒温干燥箱中烘干,即得到氮掺杂的碳量子点。
[0055] 第二步,将含有碳量子点的凝胶嫁接到陶瓷球表面,具体过程:
[0056] a)称量氮掺杂的碳量子点,加入基体芦荟胶中,进行超声分散30min,使其充分混合均匀,得到芦荟胶混合物;其中,氮掺杂的碳量子点和芦荟胶的质量百分比为1%:99%。
[0057] b)将配制好的芦荟胶混合物装进雾化喷膜机,对氮化硅陶瓷球表面均匀喷涂芦荟胶混合物。
[0058] c)将喷涂好的氮化硅陶瓷球放在大功率紫外线固化灯下,进行初次固化,固化定形10min,使芦荟胶混合物嫁接在氮化硅陶瓷球表面。
[0059] d)步骤b)和步骤c)重复操作3次,从而在氮化硅陶瓷球表面包覆完整的润滑膜,最后将包覆润滑膜的氮化硅陶瓷球放置在真空干燥箱中,在60℃下进行二次固化30min,得到表面嫁接氮掺杂的碳量子点润滑膜的氮化硅陶瓷球。
[0060] 实施例3
[0061] 第一步,制备含有氮掺杂的碳量子点,具体过程:
[0062] (1)将柠檬酸为碳源和L‑精氨酸为氮源以1:3的摩尔比进行称量,称量后放置于烧杯中,形成混合粉末。
[0063] (2)使用量筒量取与混合粉末质量比为3:1的去离子水倒入步骤(1)的烧杯中。
[0064] (3)在常温下,通过磁力搅拌器对步骤(2)的烧杯内溶液进行磁力搅拌0.5h,使其充分溶解,当形成透明溶液即可。
[0065] (4)将烧杯内经磁力搅拌后的溶液放入反应釜中,把反应釜放置恒温干燥箱中,设置温度为220℃,保温3h。反应后,自然冷却至室温,拿出反应釜,透明液体变成深褐色液体。
[0066] (5)将经步骤(4)得到的反应釜中深褐色液体置于高速离心机中,在12000r/min的转速下离心30min,去除大颗粒杂质。
[0067] (6)将步骤(5)中获得的液体装入分子量为1000Da的透析袋中,再将透析袋置于装满去离子水的2000ml大烧杯,将该烧杯放置在磁力搅拌架上,在不断搅拌下透析36h,透析过程中每隔6h更换一次烧杯中去离子水。
[0068] (7)将经步骤(6)处理后透析袋中的液体置于60℃恒温干燥箱中烘干,即得到氮掺杂的碳量子点。
[0069] 第二步,将含有碳量子点的凝胶嫁接到陶瓷球表面,具体过程:
[0070] a)称量氮掺杂的碳量子点,加入基体芦荟胶中,进行超声分散30min,使其充分混合均匀,得到芦荟胶混合物;其中,氮掺杂的碳量子点和芦荟胶的质量百分比为2%:98%。
[0071] b)将配制好的芦荟胶混合物装进雾化喷膜机,对氮化硅陶瓷球表面喷涂芦荟胶混合物。
[0072] c)将喷涂好的氮化硅陶瓷球放在大功率紫外线固化灯下,进行初次固化定形10min,使芦荟胶混合物嫁接在氮化硅陶瓷球表面。
[0073] d)步骤b)和步骤c)步骤重复操作3次,从而在氮化硅陶瓷球表面包覆完整的润滑膜,最后将包覆润滑膜的氮化硅陶瓷球放置在真空干燥箱中,在60℃下二次固化30min,得到表面嫁接氮掺杂的碳量子点润滑膜的氮化硅陶瓷球。
[0074] 采用常见的四球机摩擦磨损试验机对本发明各实施例制备得到的若干氮化硅陶瓷球(直径为12.7mm,硬度为1400‑1700HRC)样品以及未嫁接芦荟胶混合物的普通氮化硅陶瓷球做摩擦试验进行对比,每个样品至少测三次,试验所用的油盒在摩擦试验前后均需用石油醚进行超声清洗。试验发现,在同等条件下摩擦同等的时间时,本发明各实施例制备得到的氮化硅陶瓷球平均摩擦系数和平均磨损体积相比普通氮化硅陶瓷球均大幅降低,表现出优异的减摩和抗磨性能,表明氮化硅表面嫁接氮掺杂的碳量子点润滑膜具有优异的摩擦学性能,可以显著提升水润滑轴承的自润滑性能。