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二硫化鉬
輝鉬礦的主要成分
黑色固體粉末
基本信息
| 中文名 | 二硫化鉬 |
| IUPAC名 | Molybdenum(IV) disulfide |
| 化學(xué)式 | MoS2 |
| 熔點(diǎn) | 2375 °C |
| 沸點(diǎn) | 450℃ |
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理化性質(zhì)
輝鉬礦，1370℃開始分解，1600℃分解為金屬鉬和硫。315℃在空氣中加熱時(shí)開始被氧化，溫度升高，氧化反應(yīng)加快。二硫化鉬不溶于水、稀酸和濃硫酸，一般不溶于其他酸、堿、有機(jī)溶劑中，但溶于王水和煮沸的濃硫酸。400 ℃發(fā)生緩慢氧化，生成三氧化鉬：
2MoS2+ 7 O2→ 2 MoO3 + 4 SO2 可以用鈦鐵試劑來(lái)檢驗(yàn)生成的三氧化鉬。首先將產(chǎn)物用氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液處理（原理是將三氧化鉬轉(zhuǎn)化為鉬酸鹽），然后滴加鈦鐵試劑溶液，會(huì)和生成的鉬酸鈉或鉬酸鉀反應(yīng)，產(chǎn)生金黃色溶液。這種方法很靈敏，微量的鉬酸鹽都能被檢測(cè)出來(lái)。而如果沒(méi)有三氧化鉬生成，溶液就不會(huì)產(chǎn)生金黃色，因?yàn)槎蚧f不和氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液反應(yīng)。
2 MoS2+ 7 Cl2→ 2 MoCl5+ 2 S2Cl2
二硫化鉬具有高含量活性硫，容易對(duì)銅造成腐蝕，在很多關(guān)于潤(rùn)滑劑添加劑方面的書籍、論文中都有論述。另外，有銅及其合金制造的部位需要潤(rùn)滑時(shí)，并非不可以選用含二硫化鉬潤(rùn)滑產(chǎn)品，而是還需要添加防銅腐蝕劑。
制備原理
用途
二硫化鉬是重要的固體潤(rùn)滑劑，特別適用于高溫高壓下。它還有抗磁性，可用作線性光電導(dǎo)體和顯示P型或N型導(dǎo)電性能的半導(dǎo)體，具有整流和換能的作用。二硫化鉬還可用作復(fù)雜烴類脫氫的催化劑。
它也被譽(yù)為“高級(jí)固體潤(rùn)滑油王”。二硫化鉬是由天然鉬精礦粉經(jīng)化學(xué)提純后改變分子結(jié)構(gòu)而制成的固體粉劑。本品色黑稍帶銀灰色，有金屬光澤，觸之有滑膩感，不溶于水。產(chǎn)品具有分散性好，不粘結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，可添加在各種油脂里，形成絕不粘結(jié)的膠體狀態(tài)，能增加油脂的潤(rùn)滑性和極壓性。也適用于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷的機(jī)械工作狀態(tài)，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。
二硫化鉬用于摩擦材料主要功能是低溫時(shí)減摩，高溫時(shí)增摩，燒失量小，在摩擦材料中易揮發(fā)。
減摩：由超音速氣流粉碎加工而成的二硫化鉬粒度達(dá)到325-2500目，微顆粒硬度1-1.5，摩擦系數(shù)0.05-0.1，所以它用于摩擦材料中可起到減摩作用；
增摩：二硫化鉬不導(dǎo)電，存在二硫化鉬、三硫化鉬和三氧化鉬的共聚物。當(dāng)摩擦材料因摩擦而溫度急劇升高時(shí)，共聚物中的三氧化鉬顆粒隨著升溫而膨脹，起到了增摩作用；
防氧化：二硫化鉬是經(jīng)過(guò)化學(xué)提純綜合反應(yīng)而得，其PH值為7-8，略顯堿性。它覆蓋在摩擦材料的表面，能保護(hù)其它材料，防止它們被氧化，尤其是使其他材料不易脫落，貼附力增強(qiáng)；
細(xì)度：325目-2500目;
PH值：7-8;
密度：4.8-5.0g/cm3;
硬度：1-1.5;
燒失量：18-22%;
摩擦系數(shù)：0.05-0.09。
日常防護(hù)
急救措施
吸入：脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。就醫(yī)。
皮膚接觸：脫去污染的衣著，用流動(dòng)清水沖洗。
食入：飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。
儲(chǔ)運(yùn)事項(xiàng)
儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。應(yīng)與氧化劑等分開存放，切忌混儲(chǔ)。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
起運(yùn)時(shí)包裝要完整，裝載應(yīng)穩(wěn)妥。運(yùn)輸過(guò)程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與氧化劑等混裝混運(yùn)。運(yùn)輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。
廢棄處理
處置前應(yīng)參閱國(guó)家和地方有關(guān)法規(guī)。用安全掩埋法處置。
二硫化鉬的優(yōu)缺點(diǎn)
1、徹底地消滅了漏油，干凈利索，大大的促進(jìn)了文明生產(chǎn)。
3、改善運(yùn)行技術(shù)狀況，延長(zhǎng)檢修周期，減輕了維修工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力。
4、由于二硫化鉬的摩擦系數(shù)低，摩擦設(shè)備間產(chǎn)生的摩擦阻力小，可以節(jié)約電力消耗，根據(jù)兄弟單位的測(cè)定可節(jié)約電力為12%
5、能減小機(jī)械磨損，延長(zhǎng)摩擦設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備零件的損耗，提高設(shè)備的出勤率。
6、應(yīng)用二硫化鉬潤(rùn)滑，可以解決技術(shù)關(guān)鍵，提高工作效率和工作精度。
7、二硫化鉬具有填平補(bǔ)齊的作用，可以恢復(fù)某些零件的幾何尺寸，延長(zhǎng)使用壽命。
8、二硫化鉬具有防潮、防水、防堿，防酸等特性。
9、應(yīng)用二硫化鉬的塑料或粉末來(lái)冶煉的成型零件，可以節(jié)約大量的有色金屬。
10、某些設(shè)備采用二硫化鉬潤(rùn)滑后，可以取消復(fù)雜的供油系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，相對(duì)提高了現(xiàn)在有效面積的利用率，同時(shí)，也將引起設(shè)備設(shè)計(jì)上的重大改革。
11、二硫化鉬也有他的缺點(diǎn)，如導(dǎo)熱性差、摩擦系數(shù)還不足夠低、滲透能力不不強(qiáng)（于稀油相比）等，這些缺點(diǎn)正是進(jìn)一步擴(kuò)大使用范圍的主要障礙，對(duì)比有關(guān)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視對(duì)固體潤(rùn)滑劑的研究，也曾專門召開過(guò)國(guó)際性的潤(rùn)滑會(huì)議，以交流有關(guān)情報(bào)、探討新工藝技術(shù)，美國(guó)、日本和西歐一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)大都建立了摩擦，磨損、潤(rùn)滑中心。摩擦磨損潤(rùn)滑學(xué)已單獨(dú)地成一門新興的學(xué)科，在國(guó)外許多大學(xué)里開設(shè)了摩擦磨損潤(rùn)滑學(xué)的課程，而固體潤(rùn)滑劑也是講授和研究的課題之一，我國(guó)亦有專門機(jī)構(gòu)從事研究。固體潤(rùn)滑存在的缺點(diǎn)是前進(jìn)中的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)于我們勤勞、勇敢、智慧的中國(guó)人民來(lái)說(shuō)，都是可以通過(guò)反復(fù)實(shí)踐不斷改進(jìn)創(chuàng)造一一克服的，并能有所前進(jìn)，有所發(fā)明，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展非常迅速，想必更完善的固體潤(rùn)滑材料即將出現(xiàn)。以實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的終身潤(rùn)滑。
綜合以上所述，二硫化鉬固體潤(rùn)滑基的確是一種符合“多、快、好、省”的新型潤(rùn)滑材料，應(yīng)該大力推廣應(yīng)用。
制備方法
天然法
二硫化鉬具有優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，所以國(guó)內(nèi)外對(duì)納米MoS2制備及應(yīng)用都進(jìn)行了大量的研究。
MoS2可以由天然法，即輝鉬精礦提純法制備，該法是將高品質(zhì)的鉬精礦經(jīng)過(guò)一定的物理和化學(xué)作用，除去輝鉬精礦中的酸不溶物、SiO2、Fe、Cu、Ca、Pb 等雜質(zhì)，再進(jìn)一步細(xì)化，獲得納米 MoS2。美國(guó) Climax 鉬公司就是采用了這種方法生產(chǎn)MoS2。這種方法制成的納米MoS2，能夠保持天然的 MoS2晶形，潤(rùn)滑性能較好，適合制成潤(rùn)滑劑。但是，采用天然法生產(chǎn)的納米MoS2純度不高，提純技術(shù)還有待于進(jìn)一步改進(jìn)。當(dāng)溫度低于 400 ℃時(shí)，在普通大氣下工作時(shí)建議用成本較低的MoS2，在 1300 ℃以下都有潤(rùn)滑能力，建議用成本較低的MoS2。
化學(xué)合成法
發(fā)展
盡管石墨烯有著許多令人眼花繚亂的優(yōu)點(diǎn)，但它也有缺點(diǎn)，尤其是不能充當(dāng)半導(dǎo)體——這是微電子的基石?，F(xiàn)在，化學(xué)家和材料學(xué)家正在努力越過(guò)石墨烯，尋找其他的材料。他們正在合成其他兩種兼具柔韌性和透明度，而且擁有石墨烯無(wú)法企及的電子特性的二維片狀材料，二氧化鉬就是其中一種。
二硫化鉬于2008年合成，是叫作過(guò)渡金屬二硫化物材料（TMDs）大家族的成員之一。這個(gè)顯得有點(diǎn)“花哨”的名字代表了它們的結(jié)構(gòu)：一個(gè)過(guò)渡金屬原子（即鉬原子）和一對(duì)包括硫元素、硒元素在內(nèi)的來(lái)自元素周期表第16列的原子（該元素家族以氧族元素著稱）。
讓電子制造者驚喜的是，所有TMDs均是半導(dǎo)體。它們和石墨烯的薄度近乎相同（在二硫化鉬中，兩層硫原子把一層鉬原子像“三明治”那樣夾在中間），但是它們卻有其他優(yōu)點(diǎn)。就二硫化鉬而言，優(yōu)點(diǎn)之一是電子在平面薄片中的運(yùn)行速度，即電子遷移率。二硫化鉬的電子遷移速率大約是100cm2/vs（即每平方厘米每伏秒通過(guò)100個(gè)電子），這遠(yuǎn)低于晶體硅的電子遷移速率1400 cm2/vs ，但是比非晶硅和其他超薄半導(dǎo)體的遷移速度更好，科學(xué)家正在研究這些材料，使其用于未來(lái)電子產(chǎn)品，如柔性顯示屏和其他可以靈活伸展的電子產(chǎn)品。
研究表明，二硫化鉬還極易制作，即便是制作大片的二維材料。這讓工程師能以非?？斓乃俣葯z測(cè)它們?cè)陔娮赢a(chǎn)品中的性能。例如，2011年，由瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的Andras Kis帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然—納米技術(shù)》發(fā)表文章稱，他們用僅有0.65納米厚的二硫化鉬單層薄片制作出首批晶體管。結(jié)果證明，那些產(chǎn)品以及隨后的產(chǎn)品比技術(shù)更先進(jìn)的以硅為基礎(chǔ)的同類產(chǎn)品具有其他獨(dú)特屬性。
除此之外，二硫化鉬還有其他令人向往的特性，即直接帶隙，這一特性使該材料把電子轉(zhuǎn)變成光子，反之亦然。這個(gè)特性也讓二硫化鉬成為光學(xué)設(shè)備中采用的優(yōu)質(zhì)候選對(duì)象，這些設(shè)備諸如光發(fā)射器、激光、光電探測(cè)器，甚至還包括太陽(yáng)能電池。一些科學(xué)家表示，這種材料還具備儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒性等特點(diǎn)，因此Yi-Hsien Lee認(rèn)為：“它的前途一片光明?！?/span>
然而，Tomanek則認(rèn)為，二硫化鉬的電子遷移速率仍然不夠高，很難在擁擠的電子市場(chǎng)中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其原因是這種材料的結(jié)構(gòu)特征，電子在其內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，碰到較大的金屬原子后會(huì)在其結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生彈離，從而降低遷移速度。
但也有科學(xué)家表示，這種“絆腳石”將是短暫性的。研究人員正在試圖繞過(guò)這些障礙——通過(guò)變得略厚一些的多層二硫化鉬薄片，從而給壓縮電子提供選擇路徑使其繞過(guò)路障。
研究成果
參考資料
[1]
大面積雙層二硫化鉬 實(shí)現(xiàn)層數(shù)可控外延生長(zhǎng) · 千龍網(wǎng)[引用日期2022-06-09]
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