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基本信息

項(xiàng)目名稱：
MoS2 和WSe2@C微納材料的制備及其工業(yè)應(yīng)用
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
通過簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)和固相燒結(jié)法成功制備出了 MoS2 空心微球 WSe2@C 復(fù)合微納材料，研究分析表明，所合成的產(chǎn)物尺寸分布均一，分散性良好，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)證明它們具有優(yōu)異的潤滑抗磨性能?；诖?，我們先期開發(fā)了兩種粘結(jié)型納米固體潤滑劑，并進(jìn)行了中試生產(chǎn)。應(yīng)用于鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心石油用鋼熱軋?jiān)O(shè)備時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，經(jīng)過進(jìn)一步的開發(fā)和改進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
詳細(xì)介紹：
過渡族金屬硫族化合物 MX2 (M = Mo ,W ,Nb ; X = S ,Se) 由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和新穎的結(jié)構(gòu)，在鋰離子電池電極、儲(chǔ)氫材料、主客體化合物、作發(fā)光二極管以及生物熒光探針等方面具有廣泛的應(yīng)用。因此，開發(fā)硫系化合物的合成方法、探索其生長機(jī)理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其形貌、尺寸的可控合成具有重要的意義。本論文在過渡族金屬硫族化合物 (MoS2) 的可控合成、生長機(jī)制以及性能測(cè)試等方面做了初步的探索。通過簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)和固相燒結(jié)法成功制備出了 MoS2 空心微球 WSe2@C 復(fù)合微納材料，利用 X 射線衍射，掃描電鏡，透射電鏡以及紅外光譜儀對(duì)產(chǎn)物的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。同時(shí)，對(duì)合成產(chǎn)物作為潤滑油添加劑時(shí)的抗磨性能也進(jìn)行了系統(tǒng)的探索。結(jié)果表明，所合成的產(chǎn)物尺寸分布均一，分散性良好，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)證明它們具有優(yōu)異的潤滑抗磨性能?；诖?，我們先期開發(fā)了兩種粘結(jié)型納米固體潤滑劑，并進(jìn)行了中試生產(chǎn)。應(yīng)用于鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心石油用鋼熱軋?jiān)O(shè)備時(shí)表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，經(jīng)過進(jìn)一步的開發(fā)和改進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

作品圖片

  • MoS2 和WSe2@C微納材料的制備及其工業(yè)應(yīng)用
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1.發(fā)明目的：針對(duì)目前某些國產(chǎn)設(shè)備及工業(yè)生產(chǎn)過程過度依賴進(jìn)口潤滑劑的現(xiàn)狀，為降低生產(chǎn)成本，提高國內(nèi)同類產(chǎn)品的性價(jià)比和市場(chǎng)占有率，我們利用合成的各種微納材料開發(fā)了兩種不同規(guī)格的固體潤滑劑。 2.基本思路：片層的過渡族金屬硫、硒化物具有與石墨相似的晶體結(jié)構(gòu)，具有良好的潤滑功能。因此，層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫、硒化物作為固體潤滑劑、潤滑油添加劑等得到了廣泛應(yīng)用。 3.創(chuàng)新點(diǎn)：利用簡(jiǎn)單的方法合成了具有新穎形貌和性能的各種MoS2納米結(jié)構(gòu)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)以及形成機(jī)理作出了全面的解釋。利用燒結(jié)法一次性大量制備了獨(dú)特的WSe2@C復(fù)合結(jié)構(gòu)。利用兩種不同的微納結(jié)構(gòu)，制備出了兩種納米結(jié)構(gòu)型潤滑劑。 4.技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 4.1SGGR-A粘結(jié)型納米固體潤滑劑該潤滑劑，由多種固體潤滑材料、晶須、抗氧劑、分散劑和結(jié)構(gòu)膠等復(fù)合而成。本產(chǎn)品適用于高/低溫，高負(fù)荷，高真空等難于供油的金屬運(yùn)動(dòng)部件表面潤滑，以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)的目的。它還可以用于高載荷用油潤滑的精密機(jī)械和儀器的初期跑合中，同時(shí)，在眾多的機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)摩擦部件均可應(yīng)用。 4.2SGGR-B粘結(jié)型納米固體潤滑劑該潤滑劑，由高性能固體潤滑復(fù)合材料，抗氧劑，分散劑和結(jié)構(gòu)膠等材料調(diào)配而成的一種納米潤滑材料。主要適用于冶金，壓力加工以及機(jī)械和儀器設(shè)備等傳動(dòng)部件表面的潤滑上，還可以解決一些在高/低溫，重載荷等惡劣環(huán)境下，不能用普通潤滑油脂來潤滑的機(jī)械和設(shè)備的傳動(dòng)部件上，達(dá)到延長使用壽命的目的。

科學(xué)性、先進(jìn)性

(1) 利用溫和的化學(xué)方法，合成了納米 MoS2 花狀結(jié)構(gòu)，納米 MoS2 空心微球，MoS2 納米管以及WSe2@C微納材料，本作品提供的方法簡(jiǎn)單易行，為規(guī)模生產(chǎn)提供了便利。 (2) 針對(duì)合成的納米結(jié)構(gòu)，提出了科學(xué)的的形成機(jī)理，并對(duì)其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了探索，對(duì)其使用參數(shù)做了系統(tǒng)的研究。 (3) 傳統(tǒng)的固體潤滑劑由于尺寸較大（通常在20-40μm之間），抗磨性能有限，其摩擦系數(shù)根據(jù)環(huán)境不同一般在0.3-0.8之間，頻繁的更換部 件也不利于連續(xù)生產(chǎn)。以實(shí)驗(yàn)室制備的產(chǎn)品為納米添加劑，對(duì)傳統(tǒng)的固體潤滑劑進(jìn)行了改性，成果制備了兩種固體潤滑劑，并進(jìn)行了中試生產(chǎn)，檢驗(yàn)表面，其摩擦系數(shù)可以低至0.06。在其工業(yè)應(yīng)用上取得了初步的成果。 (4) 本作品由中國科學(xué)院上?？萍疾樾轮行奶峁┎樾聢?bào)告和咨詢報(bào)告。報(bào)告表明，本作品中所合成的納米固體潤滑劑具有良好的抗摩減摩性能，國內(nèi)外在本領(lǐng)域在研究尚不多見，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無

作品所處階段

中試生產(chǎn)

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

技術(shù)入股

作品可展示的形式

實(shí)物，圖片，樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1. 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) (1) 便捷簡(jiǎn)易；低價(jià)高效； (2) 方法溫和，易于生產(chǎn)； (3) 生產(chǎn)過程未采用有毒有害試劑，對(duì)環(huán)境友好； (4) 可規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化，成批操作，帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益。 2.適用范圍： (1)工業(yè)設(shè)備潤滑劑： 各種進(jìn)口和國產(chǎn)的大型工業(yè)設(shè)備的易摩擦磨損部位的潤滑。 (2)工業(yè)生產(chǎn)過程：高溫高壓工況下生產(chǎn)過程中的潤滑。 3.市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： (1) 制備方法簡(jiǎn)便易行，方便操作人員批量的制備，對(duì)操作人員不需要高的學(xué)歷背景，重復(fù)性和穩(wěn)定性能進(jìn)一步保證產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。 (2) 該方法制備的潤滑劑產(chǎn)品將有利于拓展?jié)撛谑袌?chǎng)。其低廉的價(jià)格和優(yōu)異的性能，可以與國外同類成品形成競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

無機(jī)富勒烯和納米管由于具有與碳富勒烯相似的中空和管狀結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，在摩擦學(xué)、藥物傳輸載體、光子晶體、催化劑和能量存儲(chǔ)以及高性能復(fù)合材料等許多技術(shù)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。迄今，眾多具有優(yōu)良性能的無機(jī)富勒烯材料如 ReS，ZrS, NiCl2, TlCl3, TiO2等已經(jīng)被成功制備出來。其中，MoS2，由于具有特殊的六方晶系層狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),而具有許多奇特的性質(zhì)。MoS2 富勒烯結(jié)構(gòu)納米粒子和納米管的這些新奇的性能使其被廣泛的用于苛刻條件下的固體潤滑劑，儲(chǔ)氫材料，插層材料，催化劑，STM針尖等。目前，制備 IF- MoS2 的主要方法有固-氣反應(yīng)，激光濺射和電弧放電，熱分解法，溶劑熱法等，此外，Mastai等利用超聲波電化學(xué)技術(shù)，采用(NH4)2MoS4和Na2SO4（＝6.0）電解質(zhì)溶液，在室溫下合成了類富勒烯的 MoS2 納米微粒；吳等在低溫條件下,以十二烷基苯磺酸鈉(SDBS) 和聚乙二醇( PEG) 為表面活性劑,采用液相還原法制備了MoS2 納米桿，提出了基于SDBS 和PEG復(fù)配作用的基體包覆模板定向的生長模型李亞棟等通過制備 MoO3 作為前驅(qū)物，在高溫下前驅(qū)物與硫粉反應(yīng)，在氬氣保護(hù)作用下，制備了具有不同直徑的 MoS2 納米管，并提出了卷曲機(jī)制；另外還有 γ 射線照射法和微波照射法等。而過渡金屬硒化鎢 WSe2，則具有MoS2類似的層狀結(jié)構(gòu)，耐高溫，耐腐蝕，潤滑性能和石墨和MoS2類似，但在導(dǎo)電性能和真空排氣性能上優(yōu)于后者，能在大負(fù)荷、腐蝕介質(zhì)、 真空、高溫等苛刻工況條件下使用，在航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。另外，它還具有較高的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性，是一類優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，人們很早已開展應(yīng)用于太陽能電池的應(yīng)用研究；是目前世界上導(dǎo)熱率最低的材料，在高性能絕熱陶瓷材料方面具有很大的應(yīng)用空間。但是，目前國內(nèi)尚未有這類材料的應(yīng)用研究報(bào)道。層狀納米WSe2材料具有薄膜、片、管、棒、納米族等多種形貌，這與采用的合成方法和制備條件相關(guān)，合成方法主要有固相法、電解液合成法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）等。然而，H2Se、SeO2和W(CO)6等具有較大的刺激性氣味和毒性，中間體WSe3難以獲得，這些都無疑增加了其制備成本，難以獲得廣范應(yīng)用，與實(shí)際應(yīng)用存在較大的差距。而且，WSe2在高溫干摩擦條件下易氧化，也大大限制了其在摩擦領(lǐng)域中的應(yīng)用。
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