一種固體潤滑硫硒化鈮納米片的制備方法
【專利摘要】本發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，經過濕式球磨，以氬氣為保護氣體，在真空中溫燒結爐中進行700~800℃燒結，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、光化學等領域中具有重要的應用，并且適合大規模的工業生產。
【專利說明】一種固體潤滑硫砸化鈮納米片的制備方法【技術領域】
[0001]本發明涉及納米材料領域，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】
[0002]二硒化鈮具有類似于石墨的片層狀結構，層內是很強的共價鍵，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；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良的潤滑性能和抗載能力，而被廣泛應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)探針和工業加氫脫硫催化劑等眾多領域；但是，二硒化鈮制備方法多為化學氣相合成方法，其制備成本高昂，閑置其工業大批量生產。
[0003]最近的研究成果表明，摻雜異質原子可以有效地改善原物質的物理性質；M.Kars,研究表明用化學氣象沉淀法經Ge摻雜二硒化鈮后可以獲得形貌均一的納米片層產物并且改變了二硒化鈮的晶格常數；Y.Y.Ko同樣用化學氣象沉淀法經Cu摻雜獲得了物理性能優良的CuxNbSe2，但是多數的實例都是限制在陽離子摻雜上面，有關于簡單，成本低廉的固相法制備陰離子摻雜的類二硒化鈮產品的報道仍然沒有被報道。
【發明內容】
[0004]本發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于純NbSe2的固體潤滑材料。
[0005]上述目的是通過如下技術方案實現的:以高純Nb粉、Se粉以及S粉為原料，經過高溫濕式球磨，以高純氬氣為保護氣體，在燒結爐中進行燒結，從而在相對低廉的成本下，合成了規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，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，直至反應結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]本發明方法的成本價廉，生產工藝簡單易控，制備得到的硫硒化鈮納米片具有典型的片層結構，在摩擦產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，適合大規模的工業生產。
【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】進一步描述本發明，由技術常識可知，本發明也可通過其它的不脫離本發明技術特征的方案來描述，因此所有在本發明范圍內或等同本發明范圍內的改變均被本發明包含。
[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，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，直至反應結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對產物硫硒化鈮納米片的微觀形貌進行分析，結果如圖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，并且偏右方0.3°左右，合成產品的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變小所致；圖2~3為產物的SEM與TEM圖片，表明硫硒化鈮為六方片狀并且生長規則；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，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，直至反應結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，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，直至反應結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，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，直至反應結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 (回轉半徑 r =5mm)。
[0018]圖3是載荷為IN得到的試樣I的摩擦系數隨時間的變化曲線，從圖3可看出，純油的的摩擦系數在0.115，并且隨著摩擦時間的延長出現增高的趨勢；添加1%硫硒化鈮(NbSxSe2J的HVI1500基礎油的摩擦系數在0.075左右，明顯減小，可以看出硫硒化鈮(NbSa2Sq8)納米片具有優異的摩擦性能，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基礎油中，添加量同樣為1%，摩擦系數分別在0.072和0.077左右，也是同樣明顯減小。
【權利要求】
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，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，直至反應結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指置于70°C烘箱中12h使酒精完全揮發。
5.如權利要求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 優先權日:2013年12月3日
【發明者】唐華, 陳帥, 程歡, 李長生 申請人:江蘇大學