專利名稱：一種石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合物的合成方法，特別涉及一種石墨-二硒化鈮的制備方法，屬于無機(jī)復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石墨作為一種傳統(tǒng)的固體潤(rùn)滑材料，還兼具化學(xué)惰性好、耐高溫、耐腐蝕和良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)且質(zhì)輕、價(jià)廉，在鋁、銀、銅、鎳、Sic、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、環(huán)氧樹脂(EP)等耐磨金屬、陶瓷、高分子材料中得到了廣泛的應(yīng)用。石墨粉是一種深灰色的有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀固體。石墨很軟，有滑膩感，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，是一種電池負(fù)極材料。石墨粉的工藝流程為，將爆破后的原礦礦 石通過礦車送進(jìn)破石機(jī)粉碎，再進(jìn)球磨機(jī)進(jìn)行浮選，將浮選出的石墨濕料再送進(jìn)球磨機(jī)研磨精選，將精選出的濕料裝袋送進(jìn)淋干機(jī)淋干，成為淋干料，淋干料已經(jīng)是石墨成品了。將淋干料送進(jìn)烘干車間，進(jìn)行烘干后裝袋，即是普通石墨粉，產(chǎn)成品的含碳量平均為90%。二硒化鈮是具有金屬光澤的藍(lán)灰色粉末。晶體為六方層狀結(jié)構(gòu)，密度6. 30g/cm3，電阻率5. 35X10_4Q !!，有很高的熱穩(wěn)定性，在氮?dú)庵惺褂脺囟瓤蛇_(dá)600°C，在惰性氣氛中達(dá)900°C ;除濃硝酸外，對(duì)一般酸、堿和有機(jī)溶劑具有良好的穩(wěn)定性；真空中90(Tl00(TC分解生成硒化鈮和元素硒或完全分解成鈮和硒；在空氣中300°C開始氧化。將金屬鈮粉和硒在密封容器中于60(T80(TC下反應(yīng)或五氧化二鈮和硒化氫在80(Tl00(rC反應(yīng)均可制得二硒化鈮。二硒化鈮為優(yōu)良的固體潤(rùn)滑劑，抗磨性好，相對(duì)摩擦系數(shù)為0. 12，是一種兼具良好潤(rùn)滑性能和超導(dǎo)性能的層狀結(jié)構(gòu)材料，在高溫固體潤(rùn)滑、超導(dǎo)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)其制備及性能研究已引起人們的廣泛重視。Tang等由Nb和Se通過固相反應(yīng)制備出NbSe3納米纖維與NbSe2微米片,Hor等由Se和NbSe3納米纖維制備出NbSe2納米線,Nath等通過NbSe3的熱解獲得NbSe2納米管，Tsuneta等通過氣相傳輸(CVT)方法獲得直徑達(dá)100-200nm的NbSe2納米管和納米纖維，Sekar等通過在N2氣氛和280°C下NbCl5的熱解及其與Se的化合，然后在不同的介質(zhì)中冷卻，分別獲得了 l(T70nm的NbSe2納米片和直徑2_25nm、長(zhǎng)度達(dá)幾十微米的納米線。但銀源價(jià)格昂貴，且Nb、Se、NbSe2易與O2反應(yīng),而Nb還能與N2反應(yīng)。因此，合成氣氛保護(hù)要求嚴(yán)格，成本高，這些都大大限制了其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)其綠色、低成本、規(guī)?；苽?，具有重要的理論研究與實(shí)際應(yīng)用意義。CN102011024A公開了一種銅-石墨-二硒化鈮(NbSe2)自潤(rùn)滑材料及其制備方法，主要是以銅粉、石墨粉、納米二硒化鈮粉(NbSe2)為原料，采用粉末冶金法壓片后燒結(jié)成型，再采用復(fù)壓復(fù)燒的方法再次壓片后燒結(jié)成型來獲得在常溫常壓以及真空條件下均具有良好的減摩耐磨性能的銅-石墨-二硒化鈮(NbSe2)自潤(rùn)滑材料。CN101800089A公開了一種納米NbSe2銅基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料及其制備方法，主要是以廉價(jià)易得的Nb粉和Se粉為原料，將二者混合均勻后裝入石英玻璃管中，在惰性氣體的保護(hù)下加熱、保溫、冷卻先得到納米NbSe2材料，再將后者按照一定的質(zhì)量百分比與銅粉混合后經(jīng)冷壓、燒結(jié)、再冷壓而得。
以上兩個(gè)專利均通過一系列方法制備得到了 NbSe2自潤(rùn)滑復(fù)合材料，但是兩種方法的工藝還是比較復(fù)雜，操作人員需要經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)才能夠上崗操作，操作過程中出現(xiàn)的問題也較多，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率，難以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種合成石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的方法。本發(fā)明制作方法簡(jiǎn)便，工藝簡(jiǎn)單，能夠大量合成形貌新穎，顆粒尺寸均一，性能優(yōu)異的石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟，(I)將鈮粉、硒粉、石墨粉按一定比例稱取放入溶劑中，混合均勻后靜置，去除上層 酒精清液，放入烘箱中烘干得到粉末；(2)將上述粉末裝入密閉反應(yīng)器中再放入管式爐中升溫至至少600°C，保溫至少45min,隨爐冷卻，即得到石墨-二硒化銀納米復(fù)合材料。鈮粉是金屬鈮的粉末，在其表面生成的致密氧化膜具有單向?qū)щ姷拈y金屬性質(zhì)。其氧化物氧化鈮Nb2O5為白色粉末，純度可達(dá)99. 999%，用于生產(chǎn)高純鈮酸鋰晶體和特種光學(xué)玻璃添加劑。這種陽(yáng)極氧化膜的化學(xué)性能穩(wěn)定、電阻率高、漏電流小、介電常數(shù)大。電容器用鈮粉電性能比電容為3300^3600 u F V/g，漏電流值為I X 10_3 y A/( y F V)。采用還原-氫化法、鈉還原法等制取。用于制造電解電容器及步話機(jī)和一般工業(yè)電器設(shè)備。硒粉為粉狀或顆粒狀，外觀純凈，顏色一致，無泥土等雜質(zhì)，成分穩(wěn)定，水分均勻，外觀為黑灰色六方晶系金屬，溶于濃硫酸、三氯甲烷，微溶于二硫化碳，不溶于水、乙醇。可用于整流器，照相曝光劑，冶金添加劑，石油化工催化劑，復(fù)印硒鼓，硒感光板，合金，以及塑料、油漆、搪瓷和玻璃中的顏料等。適用范圍電子，玻璃，陶瓷，化學(xué)，冶金，醫(yī)療與保健，環(huán)衛(wèi)，整流器等行業(yè)。石墨粉是一種深灰色的有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀固體。石墨很軟，有滑膩感，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。本發(fā)明步驟(I)所述鈮粉與硒粉的摩爾比為1.0 2. 3^1.0 3.0，例如 1.0 2. 32，1.0 2. 5，1.0 2. 6，1.0 2. 72，I. 0 2. 85，I. 0 2. 99 等，優(yōu)選為
1.0 2. 5^1.0 2. 8，最優(yōu)選1.0 : 2 : 7。石墨粉的質(zhì)量為鈮粉質(zhì)量的50% 150%，例如52%, 60%, 65%, 72%, 80%, 112%, 130%, 142%, 148% 等，優(yōu)選 60% 100%，進(jìn)一步優(yōu)選 75%。步驟(I)所述的溶劑選自無水乙醇、乙醚或丙酮中的一種或至少兩種的混合物，例如無水乙醇，乙醚/丙酮，無水乙醇/丙酮等，進(jìn)一步優(yōu)選無水乙醇。步驟(I)所述混合方式選自磁力攪拌、球磨或超聲混料，進(jìn)一步優(yōu)選磁力攪拌。磁力攪拌器適用于加熱或加熱攪拌同時(shí)進(jìn)行，適用于粘稠度不是很大的液體或者固液混合物。磁力攪拌器利用了磁場(chǎng)和漩渦的原理，將液體放入容器中后，將攪拌子同時(shí)放入液體中，當(dāng)?shù)鬃a(chǎn)生磁場(chǎng)后，帶動(dòng)攪拌子成圓周循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到攪拌液體的目的。本發(fā)明所述磁力攪拌的時(shí)間至少為Ih,例如I. 02h，I. 31h，2. 6h，3h，4. 2h，4. 99h，6h，8h等，優(yōu)選
I.3 5h,進(jìn)一步優(yōu)選2h。本發(fā)明步驟(I)所述烘干溫度為至少60 V，例如60. 3 V，70. 4 V，75. 8 °C，87 °C，102°C，120°C，129. 7°C，160°C等，優(yōu)選 70 130 V，進(jìn)一步優(yōu)選 75°C。管式爐均系采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)研制開發(fā)的高性能高節(jié)能的新型電爐，有單管、雙管、臥式、可開啟式、立式、單溫區(qū)、雙溫區(qū)、三溫區(qū)等多種管式爐型。主要應(yīng)用于大專院校、科研院所、工礦企業(yè)等實(shí)驗(yàn)和小批量生產(chǎn)之用。具有安全可靠、操作簡(jiǎn)單、控溫精度高、保溫效果好、溫度范圍大、爐膛溫度均勻性高、溫區(qū)多、可選配氣氛、抽真空爐型等。本發(fā)明步驟
(2)所述的升溫速率為 2 15。。/min，例如 2. 01°C /min，5. 4°C /min，9. 98°C /min，ll. 3°C /min, 13°C /min, 14. 95°C /min 等均可用于實(shí)施本發(fā)明，優(yōu)選 2V /min、5°C /min、10°C /min,進(jìn)一步優(yōu)選10°C /min。本發(fā)明步驟(2)優(yōu)選升溫至600 900。。，例如 602°C,638. 5°C,650. 3°C, 720°C ,750. 8 0C，800 0C，849. 7 V，8 98°C 等，更優(yōu)選 650^850 °C，進(jìn)一步優(yōu)選 750 °C。本發(fā)明步驟(2)優(yōu)選保溫時(shí)間為I 8h，例如1.02h，1.54h，2.2h，3h，3.98h，4.5h，6h, 7. 99h等,更優(yōu)選I. 5 4h,進(jìn)一步優(yōu)選2h。本發(fā)明還提供了一種通過上述的方法制備得到的石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料是以樹脂、橡膠、陶瓷和金屬等基體為連續(xù)相，以納米尺寸的金屬、半導(dǎo)體、剛性粒子和其他無機(jī)粒子、纖維、納米碳管等改性為分散相，通過適當(dāng)?shù)闹苽浞椒▽⒏男詣┚鶆蛐缘胤稚⒂诨w材料中，形成一相含有納米尺寸材料的復(fù)合體系，這一體系材料稱之為納米復(fù)合材料。復(fù)合材料由于其優(yōu)良的綜合性能，特別是其性能的可設(shè)計(jì)性被廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防、交通、體育等領(lǐng)域，納米復(fù)合材料則是其中最具吸引力的部分，近年來發(fā)展很快，世界發(fā)達(dá)國(guó)家新材料發(fā)展的戰(zhàn)略都把納米復(fù)合材料的發(fā)展放到重要的位置。該研究方向主要包括納米聚合物基復(fù)合材料、納米碳管功能復(fù)合材料、納米鎢銅復(fù)合材料。與已有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明制備方法具有合成路線綠色簡(jiǎn)便、成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、參數(shù)易控等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)；所制備的石墨-二硒化鈮摩擦學(xué)性能優(yōu)異、導(dǎo)電性佳，尺寸小，具有較好的物理化學(xué)效應(yīng)，因此可以作為優(yōu)良的電接觸材料的添加劑，從而在電化學(xué)、摩擦潤(rùn)滑領(lǐng)域中具有廣泛的工業(yè)用途。


附圖I為實(shí)施例I的石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的XRD譜圖；附圖2為實(shí)施例I的石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的掃描電鏡圖片；附圖3為實(shí)施例I的石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的透射電鏡圖片。下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但下述的實(shí)例僅僅是本發(fā)明的簡(jiǎn)易例子，并不代表或限制本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的權(quán)利范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下實(shí)施例I取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 39264g，石墨粉0. 45552g加入到有50ml無水乙醇的燒杯中，磁力攪拌2h，混合均勻，靜置，倒出上清液，75°C下烘干剩余無水乙醇，將混合均勻的粉末裝入自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以10°C /min的速率升溫到650°C，保溫2h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例2取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 39264g，石墨粉0. 45552g加入到有50ml無水乙醇的燒杯中，磁力攪拌2h，混合均勻，靜置，倒出上層清液，75°C下烘干剩余無水乙醇，將混合均勻的粉末裝入自制的反應(yīng)釜中，放入 管式反應(yīng)爐中，以10°C /min的速率升溫到750°C，保溫2h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例3取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 39264g，石墨粉0. 45552g加入到有50ml無水乙醇的燒杯中，磁力攪拌2h，混合均勻，靜置，倒出上層清液，75°C下烘干剩余無水乙醇，將混合均勻的粉末裝入自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以10°C /min的速率升溫到850°C，保溫2h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例4取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 18731g，石墨粉0. 30368g加入到有50ml乙醚的燒杯中，超聲混料lh，混合均勻，靜置，倒出上清液，130°C下烘干剩余乙醚，將混合均勻的粉末裝入自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以2V /min的速率升溫到600°C，保溫8h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例5取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 39264g，石墨粉0. 45552g加入到有50ml丙酮的燒杯中，磁力攪拌I. 3h，混合均勻，靜置，倒出上層清液，70°C下烘干剩余丙酮，將混合均勻的粉末裝A自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以5°C /min的速率升溫到900°C，保溫4h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例6取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 54867g，石墨粉0. 91104g加入到有50ml無水乙醇的燒杯中，球磨5h，混合均勻，靜置，倒出上層清液，60 V下烘干剩余無水乙醇，將混合均勻的粉末裝入自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以15°C /min的速率升溫到650°C，保溫I. 5h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例7取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 29056g，石墨粉0. 45552g加入到有50ml丙酮的燒杯中，磁力攪拌3h，混合均勻，靜置，倒出上層清液，120°C下烘干剩余丙酮，將混合均勻的粉末裝A自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以8°C /min的速率升溫到800°C，保溫lh，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。實(shí)施例8取鈮粉0. 60736g，硒粉I. 39264g，石墨粉0. 60736g加入到有50ml乙醚的燒杯中，磁力攪拌2. 8h，混合均勻，靜置，倒出上層清液，75°C下烘干剩余乙醚，將混合均勻的粉末裝入自制的反應(yīng)釜中，放入管式反應(yīng)爐中，以12°C /min的速率升溫到700°C，保溫2h，隨爐冷卻至室溫取出樣品，所得粉末即為石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的制備方法，但本發(fā)明并不局限于上述制備步驟，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述制備步驟才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明所選用原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公 開范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟 (1)將鈮粉、硒粉、石墨粉放入溶劑中，混合均勻后靜置，去除上清液，放入烘箱中烘干得到粉末；其中鈮粉與硒粉的摩爾比為I. O 2. 3^1.0 3.0，石墨的質(zhì)量為鈮粉質(zhì)量的50%"150% ； (2)將上述粉末裝入密閉反應(yīng)器中再放入管式爐中升溫至至少600°C，保溫至少45min,隨爐冷卻，即得到石墨-二硒化銀納米復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述鈮粉與硒粉的摩爾比優(yōu)選為I.0 2. 5 1.0 2. 8，最優(yōu)選 1.0 2. I0
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，石墨粉的質(zhì)量為鈮粉質(zhì)量的609^100%，進(jìn)一步優(yōu)選75%。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述的溶劑選自無水乙醇、乙醚或丙酮中的一種或至少兩種的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選無水乙醇。
5.如權(quán)利要求1-4之一的方法，其特征在于，步驟(I)所述混合方式選自磁力攪拌、球磨或超聲混料，進(jìn)一步優(yōu)選磁力攪拌； 優(yōu)選地，混合時(shí)間至少為lh，優(yōu)選I. 3 5h，進(jìn)一步優(yōu)選2h。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，步驟(I)所述烘干溫度為至少60°C，優(yōu)選7(Tl30°C，進(jìn)一步優(yōu)選75°C。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)所述的升溫速率為2 15°C/min,優(yōu)選 2°C /min>5°C /mirulCTC /min,進(jìn)一步優(yōu)選 10°C /min。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)優(yōu)選升溫至60(T9(KrC，更優(yōu)選65(T850°C，進(jìn)一步優(yōu)選750°C。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，步驟(2)優(yōu)選保溫時(shí)間為llh，更優(yōu)選I. 5 4h,進(jìn)一步優(yōu)選2h。
10.一種通過權(quán)利要求1-9之一所述的方法制備得到的石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨-二硒化鈮納米復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明是以鈮粉、硒粉和石墨粉為原料，于一定溫度條件下進(jìn)行固相反應(yīng)，合成由石墨-硒化鈮納米復(fù)合顆粒形成的片狀顆粒。該方法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，綠色無污染，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化制備；同時(shí)由于納米材料尺寸小，具有較好的物理化學(xué)效應(yīng)，因此可以作為優(yōu)良的電接觸材料的添加劑。
文檔編號(hào)H01B1/00GK102703160SQ20121014953
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者唐華, 孫建榮, 朱炳瑩, 李長(zhǎng)生, 范有志, 錢周 申請(qǐng)人:無錫潤(rùn)鵬復(fù)合新材料有限公司