二硫化钼的结构与应用.ppt

1、二硫化钼（MoS2）的结构与应用 无机材料结构与性能课堂讨论,目 录,1 前言 2 MoS2的结构与制备 3 MoS2的性能 4 MoS2的应用 5 小结,1985年，人们首次发现了C60笼型结构，如图1。,图1 C60笼型结构,1 前 言,图1 C60笼型结构,1991年，日本人宣告了碳纳米管是一些石墨层卷曲形成的同心圆柱构成的中空管状结构的发现。,图2 碳纳米管结构示意图（图片来源）,图2 碳纳米管结构示意图（图片来源）,“如果你错过了石墨烯，就不要再错过辉钼了!” 这句话出现在2月25日的中财网的一篇文章上，反映了辉钼材料在某些方面已经可以和富勒烯相媲美甚至有超越的迹象。,辉钼有望代替硅

2、成为新一代半导体材料这是今年2月2日出现在科技日报上的一篇文章。 文章报道，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）纳米电子学与结构（LANES）实验室称，用一种名为辉钼的材料制造半导体，或用来制造更小、能效更高的电子芯片，在下一代纳米电子设备领域，将比传统的硅材料或富勒烯更有优势。,它是一种二维材料，很容易用在纳米技术上，在制造微型晶体管、发光二极管（LEDs）、太阳能电池等方面有很大潜力 那辉钼材料具体是哪一种材料呢？ 它就是,MoS2 受C60和碳纳米管的启发，以色列魏兹曼科学院科学家R.Tenne 领导的研究小组于1993 年合成了IF-MoS2纳米颗粒与纳米管。（IF：无机富勒烯）,图3 辉

3、钼矿石 来自,熔点1185 密度4.80gcm3（14） 莫氏硬度1.01.5 1370开始分解，1600分解为金属钼和硫。 315在空气中加热时开始被氧化，温度升高，氧化反应加快。 MoS2不溶于水，只溶于王水和煮沸的浓硫酸。,2 结构与制备,2.1 结构 MoS2之所以能够形成富勒烯结构纳米粒子和纳米管是由于其具有像石墨一样的层状结构。 MoS2属于六方晶系，是一种抗磁性且具有半导体性质的化合物，其Mo-S棱面相当多，比表面积大。,图4 MoS2层的结构示意图,Mo原子,S原子,图4 MoS2层的结构示意图,Mo原子,S原子,有文献报道，已经知道MoS2有四种结晶形态。即3H，2H，2H2

4、和2T型，其中只有2H型的结晶才有润滑性。,图5 2H型MoS2结构,组 合 单 元,第一夹芯层,第二夹芯层,第三夹芯层,第四夹芯层,不同尺寸的纳米粒子是多层结构形成的空心颗粒；多壁纳米管是同轴不同直径的单壁纳米管套装而成。,图 6 准球型的笼状MoS2纳米粒子,2.2 制备 现在国内外出现了很多制备纳米MoS2的方法，一般可分为化学法、物理法和最近兴起的单层MoS2重堆积法。,2.2.1 化学法 还原法：适宜的还原剂可将Mo6+与Mo5+还原成Mo4+，通过控制反应条件，生成的MoS2可达纳米级。 氧化法：MoCl3自身可氧化制备出MoS2，反应式如下：,2.2.2 单层二硫化钼重堆积法 重

5、堆积法一般分为三步： MoS2 MoS2-IC 单层MoS2x- 新的 MoS2-IC,直接插入法,直接插入法,离层,重堆积法,3 性能,MoS2可以被合成多种形式的无机结构，如纳米粒子、单壁纳米管和多壁纳米管。 MoS2形成的富勒烯纳米粒子和纳米管因独特的微观结构，决定了其有许多新奇的性能。,3.1 润滑性 由于MoS2和金属之间附着力很强，可以进一步通过纳米颗粒的剥片，单分子MoS2纳米层被转移到金属表面上，缓和磨擦和磨损。 3.2 防腐 MoS2不溶于水，只溶于王水和煮沸的浓硫酸，因此镀上一层辉钼的不锈钢能很好的防腐 。,3.3 同硅相比体积更小 比硅的体积更小，使得获得同样效果的电子运

6、动时，MoS2可以比硅薄膜更轻薄；辉钼单分子层是二维的，而硅是一种三维材料。 “在一张0.65纳米厚的辉钼薄膜上，电子运动和在两纳米厚的硅薄膜上一样容易。但目前不可能把硅薄膜做得像辉钼薄膜那么薄。”,3.4 同硅相比能耗更低 比硅的能耗更低，由于MoS2存在带隙，可以用单层辉钼制造间带通道场效应晶体管，且在稳定状态下耗能比传统硅晶体管小10万倍。,传统的层状2H - MoS2用作固体润滑剂或液体润滑剂的添加剂，有非常好的耐摩擦性能，非常低的摩擦系数和磨损量。 然而，纯2H - MoS2粉在潮湿、含氧的环境中有较大的摩擦系数和比较短的寿命。,IF- MoS2性能,IF - MoS2纳米粒子具有封

7、闭的球状结构，不含有悬空键，因此在潮湿的环境中其摩擦性能优于2H - MoS2粉。 最近研究表明 ： IF - MoS2纳米粒子的摩擦学性能在很大范围内，特别是在高负载情况下远远优于 2H - MoS2粉。,由于制备的IF-MoS2为类球形纳米颗粒，在摩擦的过程中作滚动，把滑动摩擦变为滚动和滑动复合摩擦，从而减小摩损。,图7 MoS2滚动摩擦示意图 图片来自二硫化钼纳米颗粒的制备与润滑性能研究,IF- MoS2比表面积极大，吸附能力更强，反应活性高，催化性能尤其是催化氢化脱硫的性能更强，可用来制备特殊催化材料与贮气材料； IF-MoS2薄层的能带差接近1.78eV，与光的能量相匹配，在光电池材

8、料上有良好的应用前景。,MoS2 层间插入有机基团后，可形成二维 纳米复合物，这些复合物并不是无机物性质与有机物性质的简单加和，而是表现出许多奇异的特性。 纳米MoS2的制备同二硫化钼插层化合物与有机钼化合物的研究相结合将是未来的发展趋势。,4 应用,MoS2纳米粒子由于其独特的微观结构决定了其有许多新奇的性质及广泛的潜在应用，其中最引人注目的当属其优异的摩擦性质。,图8 减磨涂层的应用,因为IF- MoS2可以在高真空下继续保持其优异的摩擦磨损性质。主要应用于不易维护的设备，如：空间飞行器、卫星及军事领域。,图9 高精密齿轮箱,图10 Intel公司45纳米硅晶片效果图,图11 非晶硅太阳能电池薄膜,5 小结,MoS2纳米材料的发现，为钼新材料的开发和应用研究开辟了新的领域，尤其是独特