基本信息
- 项目名称：
- MoS2 和WSe2@C微纳材料的制备及其工业应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 通过简单的水热反应和固相烧结法成功制备出了 MoS2 空心微球 WSe2@C 复合微纳材料，研究分析表明，所合成的产物尺寸分布均一，分散性良好，摩擦磨损实验证明它们具有优异的润滑抗磨性能。基于此，我们先期开发了两种粘结型纳米固体润滑剂，并进行了中试生产。应用于鞍钢股份有限公司技术中心石油用钢热轧设备时表现出了优良的性能，经过进一步的开发和改进，有望实现工业化生产，实现良好的经济和社会效益。
- 详细介绍：
- 过渡族金属硫族化合物 MX2 (M = Mo ,W ,Nb ; X = S ,Se) 由于其独特的物理化学性质和新颖的结构，在锂离子电池电极、储氢材料、主客体化合物、作发光二极管以及生物荧光探针等方面具有广泛的应用。因此，开发硫系化合物的合成方法、探索其生长机理，进而实现对其形貌、尺寸的可控合成具有重要的意义。本论文在过渡族金属硫族化合物 (MoS2) 的可控合成、生长机制以及性能测试等方面做了初步的探索。通过简单的水热反应和固相烧结法成功制备出了 MoS2 空心微球 WSe2@C 复合微纳材料，利用 X 射线衍射，扫描电镜，透射电镜以及红外光谱仪对产物的形貌和结构进行了表征。同时，对合成产物作为润滑油添加剂时的抗磨性能也进行了系统的探索。结果表明，所合成的产物尺寸分布均一，分散性良好，摩擦磨损实验证明它们具有优异的润滑抗磨性能。基于此，我们先期开发了两种粘结型纳米固体润滑剂，并进行了中试生产。应用于鞍钢股份有限公司技术中心石油用钢热轧设备时表现出了优良的性能，经过进一步的开发和改进，有望实现工业化生产，实现良好的经济和社会效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.发明目的：针对目前某些国产设备及工业生产过程过度依赖进口润滑剂的现状，为降低生产成本，提高国内同类产品的性价比和市场占有率，我们利用合成的各种微纳材料开发了两种不同规格的固体润滑剂。 2.基本思路：片层的过渡族金属硫、硒化物具有与石墨相似的晶体结构，具有良好的润滑功能。因此，层状结构的过渡金属硫、硒化物作为固体润滑剂、润滑油添加剂等得到了广泛应用。 3.创新点：利用简单的方法合成了具有新颖形貌和性能的各种MoS2纳米结构，并对其结构以及形成机理作出了全面的解释。利用烧结法一次性大量制备了独特的WSe2@C复合结构。利用两种不同的微纳结构，制备出了两种纳米结构型润滑剂。 4.技术关键和主要技术指标： 4.1SGGR-A粘结型纳米固体润滑剂该润滑剂，由多种固体润滑材料、晶须、抗氧剂、分散剂和结构胶等复合而成。本产品适用于高/低温，高负荷，高真空等难于供油的金属运动部件表面润滑，以实现免维护的目的。它还可以用于高载荷用油润滑的精密机械和仪器的初期跑合中，同时，在众多的机械设备的运动摩擦部件均可应用。 4.2SGGR-B粘结型纳米固体润滑剂该润滑剂，由高性能固体润滑复合材料，抗氧剂，分散剂和结构胶等材料调配而成的一种纳米润滑材料。主要适用于冶金，压力加工以及机械和仪器设备等传动部件表面的润滑上，还可以解决一些在高/低温，重载荷等恶劣环境下，不能用普通润滑油脂来润滑的机械和设备的传动部件上，达到延长使用寿命的目的。
科学性、先进性
- (1) 利用温和的化学方法，合成了纳米 MoS2 花状结构，纳米 MoS2 空心微球，MoS2 纳米管以及WSe2@C微纳材料，本作品提供的方法简单易行，为规模生产提供了便利。 (2) 针对合成的纳米结构，提出了科学的的形成机理，并对其摩擦学性能进行了探索，对其使用参数做了系统的研究。 (3) 传统的固体润滑剂由于尺寸较大（通常在20-40μm之间），抗磨性能有限，其摩擦系数根据环境不同一般在0.3-0.8之间，频繁的更换部 件也不利于连续生产。以实验室制备的产品为纳米添加剂，对传统的固体润滑剂进行了改性，成果制备了两种固体润滑剂，并进行了中试生产，检验表面，其摩擦系数可以低至0.06。在其工业应用上取得了初步的成果。 (4) 本作品由中国科学院上海科技查新中心提供查新报告和咨询报告。报告表明，本作品中所合成的纳米固体润滑剂具有良好的抗摩减摩性能，国内外在本领域在研究尚不多见，达到国内领先水平。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试生产
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1. 技术特点和优势 (1) 便捷简易；低价高效； (2) 方法温和，易于生产； (3) 生产过程未采用有毒有害试剂，对环境友好； (4) 可规模化、产业化，成批操作，带来可观经济效益。 2.适用范围： (1)工业设备润滑剂： 各种进口和国产的大型工业设备的易摩擦磨损部位的润滑。 (2)工业生产过程：高温高压工况下生产过程中的润滑。 3.市场分析和经济效益预测： (1) 制备方法简便易行，方便操作人员批量的制备，对操作人员不需要高的学历背景，重复性和稳定性能进一步保证产业化的实现。 (2) 该方法制备的润滑剂产品将有利于拓展潜在市场。其低廉的价格和优异的性能，可以与国外同类成品形成竞争，同时增进经济效益。
同类课题研究水平概述
- 无机富勒烯和纳米管由于具有与碳富勒烯相似的中空和管状结构而具有许多优异的物理和化学性能，在摩擦学、药物传输载体、光子晶体、催化剂和能量存储以及高性能复合材料等许多技术领域都有重要的应用。迄今，众多具有优良性能的无机富勒烯材料如 ReS，ZrS, NiCl2, TlCl3, TiO2等已经被成功制备出来。其中，MoS2，由于具有特殊的六方晶系层状结构的特点,而具有许多奇特的性质。MoS2 富勒烯结构纳米粒子和纳米管的这些新奇的性能使其被广泛的用于苛刻条件下的固体润滑剂，储氢材料，插层材料，催化剂，STM针尖等。目前，制备 IF- MoS2 的主要方法有固-气反应，激光溅射和电弧放电，热分解法，溶剂热法等，此外，Mastai等利用超声波电化学技术，采用(NH4)2MoS4和Na2SO4（＝6.0）电解质溶液，在室温下合成了类富勒烯的 MoS2 纳米微粒；吴等在低温条件下,以十二烷基苯磺酸钠(SDBS) 和聚乙二醇( PEG) 为表面活性剂,采用液相还原法制备了MoS2 纳米杆，提出了基于SDBS 和PEG复配作用的基体包覆模板定向的生长模型李亚栋等通过制备 MoO3 作为前驱物，在高温下前驱物与硫粉反应，在氩气保护作用下，制备了具有不同直径的 MoS2 纳米管，并提出了卷曲机制；另外还有 γ 射线照射法和微波照射法等。而过渡金属硒化钨 WSe2，则具有MoS2类似的层状结构，耐高温，耐腐蚀，润滑性能和石墨和MoS2类似，但在导电性能和真空排气性能上优于后者，能在大负荷、腐蚀介质、 真空、高温等苛刻工况条件下使用，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。另外，它还具有较高的转换效率和稳定性，是一类优良的半导体材料，人们很早已开展应用于太阳能电池的应用研究；是目前世界上导热率最低的材料，在高性能绝热陶瓷材料方面具有很大的应用空间。但是，目前国内尚未有这类材料的应用研究报道。层状纳米WSe2材料具有薄膜、片、管、棒、纳米族等多种形貌，这与采用的合成方法和制备条件相关，合成方法主要有固相法、电解液合成法和化学气相沉积法（CVD）等。然而，H2Se、SeO2和W(CO)6等具有较大的刺激性气味和毒性，中间体WSe3难以获得，这些都无疑增加了其制备成本，难以获得广范应用，与实际应用存在较大的差距。而且，WSe2在高温干摩擦条件下易氧化，也大大限制了其在摩擦领域中的应用。
