专利名称：无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种材料技术领域的制备方法，具体说，涉及用一种无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法。
背景技术：
众所周知，具有较好摩擦学性能的固体润滑剂例如石墨、过渡金属硫化物MX2(M＝W或Mo，X＝S或Se)在诸如空间技术、超高真空或汽车传动装置等液体润滑剂无法使用的环境下有极大的科学重要性。这些材料由于其层状结构且层与层之间作用力(范德华力)很小，因此具有极低的剪切应力。尽管这些材料具有优秀的减磨性能和在真空下很长的寿命，但由于其晶体边缘不饱和的悬挂键具有化学活性，在摩擦过程中容易粘附到金属表面和被氧化，使得其在潮湿条件或氧气气氛下摩擦学性能很差，因此限制了他们在大气环境中的科学应用。无机类富勒烯结构过渡金属硫化物以其独特的结构和良好的化学稳定性，作为固体润滑剂具有优异的摩擦学性能，在摩擦学方面具有潜在的应用前景。无机类富勒烯结构材料与2H层状结构相材料相比，主要优点是它的球形和没有不饱和悬挂健(边缘效应)。无机类富勒烯结构过渡金属硫化物纳米微粒的粒度一般＞100nm，这足以防止接触面间的粗糙面接触。理想情况下，无机类富勒烯微粒的球形，可作为分子球轴承使其在摩擦过程中在接触面间发生滚动摩擦。此外，因为无机类富勒烯中空结构使得纳米微粒具有一定的弹性，因此在摩擦磨损过程中抵抗非弹性形变而降低了能量耗散，使得摩擦面温度降低。此外，由于没有不饱和悬挂健，使得这种微粒有很高的化学稳定性，所以粒子不容易粘住接触面或互相粘结，并且可以在大气环境下广泛使用。
经对现有技术的文献检索发现，陈卫祥、涂江平等在《摩擦学学报》2003年第23卷第1期，76-80页发表的“无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料的合成及其摩擦学应用研究进展”中报道了在润滑油中加入少量的无机类富勒烯WS2可以极大地改善其摩擦学性能，在润滑油中添加少量的无机类富勒烯WS2可以使汽车发动机的寿命提高5~6倍，使油耗量降低1/2~1/3。用电弧放电方法制备的无机类富勒烯MoS2薄膜具有极其优异的摩擦学性能，其摩擦系数仅为0.006，且在湿度为45％的氮气气氛中仍表现出良好的摩擦学性能。
但是，到目前为止，制备无机类富勒烯硫化物的方法还非常有限，因此也极大的限制了其在摩擦学和其他方面的广泛应用。对于MoS2，到目前为止，最有效的方法是用硫化床的方法用HS2还原相应的氧化物颗粒来制备无机类富勒MoS2纳米颗粒，但是产量仍然比较有限。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，使其通过简单有效的化学合成方法制备了宏量的无机类富勒烯二硫化钼颗粒，方法简单快速，粒度便于控制，为其在摩擦学和其他方面的广泛应用提供了可能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明用四硫代钼酸铵为原料，将四硫代钼酸铵水溶液用喷雾干燥的方法干燥，制得三硫化钼超细前驱颗粒，而后将三硫化钼颗粒在氢气和氩气混合气体的环境下加热，三硫化钼被还原为富勒烯结构二硫化钼颗粒。
所述的四硫代钼酸铵，其水溶液的浓度为0.01mol/L~0.1mol/L，四硫代钼酸铵原料是市售的或者用钼酸铵与硫化铵的水溶液按照化学剂量比混合制得。
所述的喷雾干燥，样品进口温度220℃，出口温度120℃。
所述的三硫化钼超细前驱颗粒，粒度介于0.1~5μm之间。
所述的加热，具体为在氩气和氢气混合气体气流下，在石英管中加热至850℃，加热5小时，然后随炉冷却。
所述的氢气和氩气的混合气体，其中氩气的含量为85％~95％。
所述的富勒烯结构二硫化钼颗粒，粒度介于0.1~5μm之间，并且全部为空心球壳，球壳的厚度在几十纳米左右。整个颗粒呈类石榴状，球壳内表面聚集了大量的粒度在100nm内的无机类富勒烯二硫化钼小颗粒。由XRD测试表明，该颗粒层间距离比市售普通层状结构(2H)二硫化钼有百分之几的膨胀。
本发明在宏量的无机类富勒烯二硫化钼颗粒制备过程中，通过改进喷雾干燥工艺或采用更先进的喷雾干燥设备，可以得到更小的颗粒和粒度更均匀的颗粒。所用的石英管(市售)及其配套的气流控制系统，要求具有好的气密性(不能漏进空气)，只排出加热过程中所通的氩气与氢气的混合气体。
具体实施例方式
用下述实例对本发明制备无机类富勒烯二硫化钼颗粒的具体实施方案作进一步的说明，将有助于对本发明的理解。但不作为对本发明的保护范围的限定，而本发明的保护范围由权利要求的精神实质和范围来决定。
实施例1取28.88g四硫代钼酸铵(纯度99.8％，0.1mol)，配成1L水溶液，浓度即为0.1mol/L，将溶液装入喷雾干燥机，将溶液干燥。喷雾干燥机气流速度150m/s，进口温度220℃，出口温度120℃。所得的三硫化钼颗粒粒度在0.2~5μm之间。将三硫化钼颗粒放入石英管中，在管式炉中加热至850℃，保温5小时，然后随炉冷却。石英管中一直通氩气与氢气(氩气90％)的混合气体。所得的二硫化钼颗粒粒度仍然在0.2~5μm之间，为富勒烯结构颗粒。
实施例2取2.9g四硫代钼酸铵(纯度99.8％，0.01mol)，配成1L水溶液，浓度即为0.01mol/L，将溶液装入喷雾干燥机，将溶液干燥。喷雾干燥机气流速度150m/s，进口温度220℃，出口温度120℃。所得的三硫化钼颗粒粒度在0.2~5μm之间。将三硫化钼颗粒放入石英管中，在管式炉中加热至850℃，保温5小时，然后随炉冷却。石英管中一直通氩气与氢气(氩气85％)的混合气体。所得的二硫化钼颗粒粒度仍然在0.2~5μm之间，只是球壳状颗粒的厚度有所降低。
实施例3取14.4g四硫代钼酸铵(纯度99.8％，0.05mol)，配成1L水溶液，浓度即为0.05mol/L，将溶液装入喷雾干燥机，将溶液干燥。喷雾干燥机气流速度150m/s，进口温度220℃，出口温度120℃。所得的三硫化钼颗粒粒度在0.2~5μm之间。将三硫化钼颗粒放入石英管中，在管式炉中加热至850℃，保温5小时，然后随炉冷却。石英管中一直通氩气与氢气(氩气95％)的混合气体。所得的二硫化钼颗粒粒度在仍然0.2~5μm之间。
实施例4操作方法及其条件与1基本相似，只是喷雾干燥的时候，喷雾干燥机气流速度增加至200m/s。结果得到的二硫化钼颗粒粒度减小为0.1~3μm，仍然为富勒烯结构颗粒。
实施例5操作方法及其条件与2基本相似，只是喷雾干燥的时候，喷雾干燥机气流速度增加至200m/s。结果得到的二硫化钼颗粒粒度减小为0.1~3μm，仍然为富勒烯结构颗粒。
实施例6操作方法及其条件与3基本相似，只是喷雾干燥的时候，喷雾干燥机气流速度增加至200m/s。结果得到的二硫化钼颗粒粒度减小为0.1~3μm，仍然为富勒烯结构颗粒。
权利要求
1.一种无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征在于，用四硫代钼酸铵为原料，将四硫代钼酸铵水溶液用喷雾干燥的方法干燥，制得三硫化钼超细前驱颗粒，而后将三硫化钼颗粒在氢气和氩气混合气体的环境下加热，三硫化钼被还原为富勒烯结构二硫化钼颗粒。
2.根据权利要求1所述的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征是，所述的四硫代钼酸铵，其水溶液的浓度为0.01mol/L-0.1mol/L，四硫代钼酸铵原料是市售的或者用钼酸铵与硫化铵的水溶液按照化学剂量比混合制得。
3.根据权利要求1所述的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征是，所述的喷雾干燥，样品进口温度220℃，出口温度120℃。
4.根据权利要求1所述的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征是，所述的三硫化钼超细前驱颗粒，粒度介于0.1-5μm之间。
5.根据权利要求1所述的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征是，所述的加热，具体为在氩气和氢气混合气体气流下，在石英管中加热至850℃，加热5小时，然后随炉冷却。
6.根据权利要求1或者5所述的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征是，所述的氢气和氩气的混合气体，其中氩气的含量为80％-95％。
7.根据权利要求1所述的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，其特征是，所述的富勒烯结构二硫化钼颗粒，粒度介于0.1-5μm之间。
全文摘要
一种材料技术领域的无机类富勒烯结构二硫化钼的制备方法，用四硫代钼酸铵为原料，将四硫代钼酸铵水溶液用喷雾干燥的方法干燥，制得三硫化钼超细前驱颗粒，而后将三硫化钼颗粒在氢气和氩气混合气体的环境下加热，三硫化钼被还原为富勒烯结构二硫化钼颗粒。本发明通过简单有效的化学合成方法制备了宏量的无机类富勒烯二硫化钼颗粒，方法简单快速，粒度便于控制，为其在摩擦学和其他方面的广泛应用提供了可能。
文档编号C01G39/06GK1752023SQ20051002867
公开日2006年3月29日 申请日期2005年8月11日 优先权日2005年8月11日
发明者何丹农, 尹桂林, 涂江平, 夏正志, 余震 申请人:上海交通大学