一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體潤滑NbSxSe2-x納米片的其制備方法，是以高純Nb粉、Se粉以及S粉為原料，經(jīng)過濕式球磨，以氬氣為保護氣體，在真空中溫?zé)Y(jié)爐中進行700~800℃燒結(jié)，恒溫處理1~2h，然后冷卻至室溫，從而在相對低廉的成本下下，大量合成形貌和性能優(yōu)于純NbSe2的固體潤滑材料，改善二硒化鈮制造成本昂貴的問題。本發(fā)明方法工藝簡單，成本低廉，制備得到的硫硒化鈮納米片在摩擦學(xué)、光化學(xué)等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用，并且適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種固體潤滑硫砸化鈮納米片的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，具體地是一種新型固體潤滑硫硒化鈮(NbSxSe2_x)納米片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二硒化鈮具有類似于石墨的片層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)是很強的共價鍵，層間則是很弱的范德瓦爾斯力，層與層很容易剝離，因此具有良好的各向異性和較低的摩擦系數(shù)；二硒化鈮納米材料在高負荷、高真空、高/低溫、強輻射和強腐蝕等特殊工況條件下仍然具有優(yōu)良的潤滑性能和抗載能力，而被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池電極、儲氫材料、主客體化合物、掃描隧道顯微鏡(STM)探針和工業(yè)加氫脫硫催化劑等眾多領(lǐng)域；但是，二硒化鈮制備方法多為化學(xué)氣相合成方法，其制備成本高昂，閑置其工業(yè)大批量生產(chǎn)。
[0003]最近的研究成果表明，摻雜異質(zhì)原子可以有效地改善原物質(zhì)的物理性質(zhì)；M.Kars,研究表明用化學(xué)氣象沉淀法經(jīng)Ge摻雜二硒化鈮后可以獲得形貌均一的納米片層產(chǎn)物并且改變了二硒化鈮的晶格常數(shù)；Y.Y.Ko同樣用化學(xué)氣象沉淀法經(jīng)Cu摻雜獲得了物理性能優(yōu)良的CuxNbSe2，但是多數(shù)的實例都是限制在陽離子摻雜上面，有關(guān)于簡單，成本低廉的固相法制備陰離子摻雜的類二硒化鈮產(chǎn)品的報道仍然沒有被報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種新型固體潤滑材料硫硒化鈮(NbSxSe2_x，Χ^Ο.θ.3)及其制備方法，該方法能夠緩解二硒化鈮生產(chǎn)成本昂貴的問題，同時制備得到的硫硒化鈮納米片在形貌和性能優(yōu)于純NbSe2的固體潤滑材料。
[0005]上述目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:以高純Nb粉、Se粉以及S粉為原料，經(jīng)過高溫濕式球磨，以高純氬氣為保護氣體，在燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，從而在相對低廉的成本下，合成了規(guī)則形貌和尺寸的硫硒化鈮納米片，改善二硒化鈮制造成本昂貴的問題，具體地，包括如下步驟: (1)以高純Nb粉、Se粉以及S粉為原料，以摩爾比為1:2.2:0.07、.3稱取粉體，按照質(zhì)量比球:料:無水乙醇為100:1:100的比例混合倒入四星型式球磨罐中進行高溫濕式球磨 12 h ;
(2)將球磨后的混合料置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發(fā)，并且將混合料放入研缽中研磨至塊體消失；
(3)將上述處理完成的混合料放入水平的石英管式爐中，以200mL/min的流速通入高純氬氣，直至反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫停止通氣，同時以10°C /min的升溫速率將石英管式爐中的溫度升高至700°C~800°C，保溫f 2h，再冷卻至室溫，即得硫硒化鈮納米片。
[0006]本發(fā)明方法的成本價廉，生產(chǎn)工藝簡單易控，制備得到的硫硒化鈮納米片具有典型的片層結(jié)構(gòu)，在摩擦產(chǎn)生時可以及時的進行層狀剝離起到良好的潤滑效果；并且尺寸分布均勻，厚度為180-220nm，表面比較光滑，可用于高溫高真空的惡劣條件下的潤滑情況，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為實施例1的硫硒化鈮納米片的XRD譜圖。
[0008]圖2為實施例1的硫硒化鈮納米片的SEM形貌圖片。
[0009]圖3為實施例1的硫硒化鈮納米片的TEM圖片。
[0010]圖4為底片為45#鋼片，純HVI1500潤滑油和添加了 0.5%硫硒化鈮的潤滑油摩擦系數(shù)曲線。
【具體實施方式】
[0011]以下通過【具體實施方式】進一步描述本發(fā)明，由技術(shù)常識可知，本發(fā)明也可通過其它的不脫離本發(fā)明技術(shù)特征的方案來描述，因此所有在本發(fā)明范圍內(nèi)或等同本發(fā)明范圍內(nèi)的改變均被本發(fā)明包含。
[0012]實施例1:
取高純Nb粉0.93g、Se粉1.74g以及S粉0.022g為原料，按照質(zhì)量比球:料:無水乙醇為100:1:100的比例混合倒入四星型式球磨罐中進行高溫濕式球磨12h，將混合料置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發(fā)，并且將混合料放入研缽中進行20min研磨；將上述處理完成的混合料放入水平的石英管式爐中，以200mL/min的流速通入高純Ar2氣體，直至反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫停止通氣，同時以10°C /min的升溫速率將石英管式爐中的溫度升高至700°C，保溫2h，再冷卻至室溫，即得NbSai4Seh86納米片。
`[0013]利用SEM、XRD與TEM對產(chǎn)物硫硒化鈮納米片的微觀形貌進行分析，結(jié)果如圖1~圖4所示，圖1為硫硒化鈮納米片的XRD圖譜，所有的衍射峰都可以與2-HNbSe2相對應(yīng)，并且偏右方0.3°左右，合成產(chǎn)品的X射線衍射圖也有(002)衍射峰的偏移，這通常被認為是S取代了 Se原子位置造成晶格常數(shù)變小所致；圖2~3為產(chǎn)物的SEM與TEM圖片，表明硫硒化鈮為六方片狀并且生長規(guī)則；另外，尺寸分布均一，片層厚度大約為200納米。
[0014]實施例2:
取高純高純Nb粉0.93g、Se粉1.74g以及S粉0.032g為原料，按照質(zhì)量比球:料:無水乙醇為100:1:100的比例混合倒入四星型式球磨罐中進行高溫濕式球磨12h，將混合料置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發(fā)，并且將混合料放入研缽中進行20min研磨；將上述處理完成的混合料放入水平的石英管式爐中，以200mL/min的流速通入高純Ar2的混合氣體，直至反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫停止通氣，同時以10°C /min的升溫速率將石英管式爐中的溫度升高至700°C，保溫2h，再冷卻至室溫，即得NbSa2Seh8納米片；SEM、XRD與TEM圖與實施例I類似，片層厚度大約為180納米。
[0015]實施例3:
取高純高純Nb粉0.93g、Se粉1.74g以及S粉0.022g為原料，按照質(zhì)量比球:料:無水乙醇為100:1:100的比例混合倒入四星型式球磨罐中進行高溫濕式球磨12h，將混合料置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發(fā)，并且將混合料放入研缽中進行20min研磨；將上述處理完成的混合料放入水平的石英管式爐中，以200mL/min的流速通入高純Ar2的混合氣體，直至反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫停止通氣，同時以10°C /min的升溫速率將石英管式爐中的溫度升高至800°C，保溫lh，再冷卻至室溫，即得NbSai4Seh86納米片，SEM、XRD與TEM圖與實施例1類似，片層厚度大約為220納米。
[0016]實施例4:
取高純高純Nb粉0.93g、Se粉1.74g以及S粉0.048g為原料，按照質(zhì)量比球:料:無水乙醇為100:1:100的比例混合倒入四星型式球磨罐中進行高溫濕式球磨12h，將混合料置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發(fā)，并且將混合料放入研缽中進行20min研磨；將上述處理完成的混合料放入水平的石英管式爐中，以200mL/min的流速通入高純Ar2的混合氣體，直至反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫停止通氣，同時以10°C /min的升溫速率將石英管式爐中的溫度升高至700°C，保溫2h，再冷卻至室溫，即得NbSa3Seh7納米片，SEM、XRD與TEM圖與實施例I類似，片層厚度大約為200納米。
[0017]摩擦性能測試
摩擦實驗在CETR UMT-2多功能摩擦磨損實驗機上進行的；采用球-盤式接觸，上式樣為45#不銹鋼球，其直徑為4mm ;固相法制備的硫硒化(NbSa2Se1.8)納米片添加1%到HVI1500基礎(chǔ)油中，底片為8 mm XlO mm的45#鋼片，實驗載荷分別為IN，實驗速度為100r/ min (回轉(zhuǎn)半徑 r =5mm)。
[0018]圖3是載荷為IN得到的試樣I的摩擦系數(shù)隨時間的變化曲線，從圖3可看出，純油的的摩擦系數(shù)在0.115，并且隨著摩擦?xí)r間的延長出現(xiàn)增高的趨勢；添加1%硫硒化鈮(NbSxSe2J的HVI1500基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)在0.075左右，明顯減小，可以看出硫硒化鈮(NbSa2Sq8)納米片具有優(yōu)異的摩擦性能，且有很好的承載能力。
[0019]采用實施例1，實施例4制備的硫硒化鈮納米片添加到HVI1500基礎(chǔ)油中，添加量同樣為1%，摩擦系數(shù)分別在0.072和0.077左右，也是同樣明顯減小。
【權(quán)利要求】
1.一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)以高純Nb粉、Se粉以及S粉為原料，以摩爾比為1:2.2:0.07、.3稱取粉體，球磨； (2)將球磨后的混合料置于烘箱中干燥使酒精完全揮發(fā)，再將混合料放入研缽中研磨指至塊體消失； (3 )將上述處理完成的混合料放入水平的石英管式爐中，通入高純氬氣，直至反應(yīng)結(jié)束并冷卻至室溫停止通氣，同時升溫至700°C~800°C，保溫f 2h，再冷卻至室溫，即得硫硒化銀納米片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法，其特征在于:所述的硫硒化鈮納米片的分子式為NbSxSe2_x，X為0.1~0.3，厚度為180_220nm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法，其特征在于:所述球磨指按照質(zhì)量比球:料:無水乙醇為100:1:100的比例混合倒入四星型式球磨罐中進行濕式球磨12 h。
4.如權(quán)利要求1所述的一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法，其特征在于:所述的置于烘箱中干燥使酒精完全揮發(fā)指置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發(fā)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法，其特征在于:所述高純IS氣的流速為200mL/min。
6.如權(quán)利要求1所述的一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法，其特征在于:所述的升溫指以10°C /min的升溫速率將石英管式爐中的溫度升高至700°C~800°C。
【文檔編號】C01B19/00GK103641078SQ201310637293
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】唐華, 陳帥, 程歡, 李長生 申請人:江蘇大學(xué)