美國化學會本周分子檔案:二硫化鉬,潤滑劑,超導體,還有什麼?

2020-12-07 化學者

美國化學會本周分子檔案介紹了二硫化鉬。化學黨一起來了解一下!

二硫化鉬的結構

二硫化鉬[硫化鉬(IV),MoS2 ]是天然存在於礦物輝鉬礦中的無機化合物。其晶體具有類似於石墨的六邊形分層結構(如下圖所示)。

1957年,密西根州現已解散的Climax鉬公司(安娜堡)的Ronald E. Bell和Robert E. Herfert製備了當時新的MoS 2 菱面體結晶形式。隨後在自然界中發現了菱面體晶體。

二硫化鉬化學式

二硫化鉬作為潤滑劑

像大多數礦物鹽一樣,MoS 2具有很高的熔點,但是在相對較低的450C處開始升華。該性質對於純化化合物是有用的。由於其分層結構,六角形的MoS 2就像石墨一樣,是一種出色的「幹」潤滑劑。它及其表弟二硫化鎢可以用作機械零件(例如,航空航天業),二衝程發動機(用於摩託車的類型)和槍管中的表面塗層(以減少子彈與彈藥之間的摩擦)。

與石墨不同,MoS2的潤滑性能不依賴於吸附的水或其他蒸氣。它在氧化環境中的最高溫度為350C,在非氧化環境中的最高溫度為1100C。它的穩定性使其可用於油脂不實用的高溫應用。

據了解,二硫化鉬粉末是世界上公認最好的固體金屬潤滑劑,但在潤滑油的應用上,由於鉬只溶於王水和沸騰的濃硫酸,且鉬顆粒物理直徑大,會在機油中形成沉澱分層,無法與機油均勻融合,只能將其添加在潤滑脂中,這使得二硫化鉬潤滑油的製造是一個世界性難題,目前只有德國和美國少數公司掌握該技術。中國在此領域也有建樹。

科技工作者研究現場

二硫化鉬作為超導體

MoS2除了具有潤滑性外,還是一種半導體。還已知當摻雜有靜電場時,它和其他半導體過渡金屬硫族化物在其表面成為超導體。

直到2018年,超導的機制才是不確定的,當時劍橋大學(英國)的安德裡亞·C·法拉利(Andrea C.Ferrari)及其同事以及都靈理工學院(義大利)報導了多谷費米表面與 MoS2中的超導狀態有關。作者相信這種費米表面拓撲將作為尋求新超導體的指南。

超導磁體測試車間

我國在二硫化鉬應用方面世界領先

中國二硫化鉬固體潤滑劑產銷概況。產銷情況據調查,近年來我國高純二硫化鉬產量在200~250噸之間,約佔全國鉬產量的2%,消耗量約在400噸左右。

在能源工程新技術列為國家重點鼓勵發展項目後,早在2015年12月13日,在山東高密孚潤達潤滑油公司,汽車用二硫化鉬納米合成潤滑油問世。這使中國成為繼德、美之後世界上第三個擁有二硫化鉬納米合成技術的國家,填補了國內市場空白。

據二硫化鉬納米合成潤滑油研發人、高密孚潤達潤滑油公司創始人宋立祥介紹,其經過十多年的技術攻關,已經成功將二硫化鉬顆粒粉碎至50-100納米,能與機油均勻融合,生產出納米級二硫化鉬合成潤滑油。這使我國成為繼德、美之後世界上第三個擁有該技術的國家,填補了市場空白,可以讓國內各類汽、柴油發動機「在不增加使用成本的條件下用上了強心劑」。

二硫化鉬潤滑油微觀

業內專家分析,二硫化鉬潤滑油和普通潤滑油的區別在於,將發動機的傳統滑動摩擦改為滾動摩擦,大大降低了摩擦損壞。

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