CN102127484B - 一种二硒化钨纳米包合物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二硒化钨纳米包合物的制备方法，通过采用一定摩尔比的钨粉和硒粉以及石墨，加入无水乙醇配制成原料混合物，经与处理成膏状物后，在一定条件下进行固相合成，得到具有核壳结构的二硒化钨纳米包合物，产物尺寸均匀、比表面积大，在高温高压等极端工况下依然具有良好的机械性能和耐磨性能，且在高分子基复合材料及其他复合材料中具有良好的分散性能，是一种性能优良的润滑材料，制备工艺简单、参数易控制，生产过程安全环保，特别适合于大规模工业化生产。

Description

一种二硒化钨纳米包合物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种润滑材料的制备方法，更具体地，是一种二硒化钨纳米包合物的制备方法。 

背景技术

WSe₂是一种具有类似石墨、二硫化钼(MoS₂)层状结构的固体润滑材料，其热传导率大约是热传导率最好的钻石的十万分之一，是世界上热传导率最低的材料，因此具有耐高温、耐腐蚀的特点，在导电性能和真空排气性能上也优于石墨和二硫化钼，能在大负荷、腐蚀性介质、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，由于其具有较高的转换效率和稳定性，还是一种优良的半导体材料；由于低热传导率，其在高性能绝热陶瓷材料方面亦具有很大的应用空间。 

多功能的WSe₂层状纳米材料具有薄膜、管、棒、纳米族等多种形貌，其具体形貌与采用的具体合成方法相关，主要有固相法、电解液合成法和化学气相沉积法(CVD)等，原料种类也繁多，已有文献公开报道的原料组合物有W/Se、W(CO)₆/Se、WSe₃/H₂、WO₃/H₂Se、(NH₄)₂WSe₄和H₂WO₄/SeO₂等。然而，目前，在制备这种功能材料存在原料如硒化氢(H₂S)、二氧化硒(SeO₂)等具有较大的刺激性气味和毒性以及价格昂贵等问题，导致产品的价格非常高，与实际应用存在较大差距。另外，采用上述方法得到的WSe₂纳米颗粒的比表面能大，易团聚，由于其相对惰性从而导致很难通 过常规的化学处理技术来解决，因此，如何降低生产成本，解决纳米粒子的分散性问题，拓展其应用领域，成为人们关注的焦点。 

发明内容

本发明目的在于提供一种机械性能好、耐磨且分散性能好的二硒化钨纳米包合物的制备方法，具有工艺简单、参数易控制、生产过程安全环保等特点。 

本发明是通过如下技术手段实现的：针对钨粉以及硒粉具有价格低廉的特点，采用乙醇作为分散介质，通过搅拌混合、水浴加热以及干燥等步骤得到粉末混合物，再经密闭加热、保温、冷却后，得到一种核壳结构的二硒化钨纳米包合物，其中，核为六方WSe₂纳米片，壳为石墨层，产物尺寸均匀、比表面积大，具有良好的分散性、机械性能以及耐磨性能，制备工艺简单、参数易控制且生产过程安全环保。 

本发明的制备二硒化钨纳米包合物的方法，包括以下步骤： 

(1)配制原料混合物：按照1∶(2.1～2.5)的摩尔比取钨粉和硒粉，以钨粉质量的50％取石墨，混合后加入无水乙醇，在室温下搅拌均匀，得到原料混合物； 

(2)预处理：将上述原料混合物置于70～80℃的水浴中继续搅拌至得到膏状物； 

(3)固相合成：将上述膏状物转入80～100℃的烘箱中干燥4～5小时，再转入不锈钢反应釜中，密闭后置于管式炉中，以5～15℃/min的速度升温至700～850℃，保温1～4小时后自然冷却室温， 得到二硒化钨纳米包合物。 

优选地，本发明的制备方法中用的搅拌均为磁力搅拌。 

利用本发明制备二硒化钨纳米包合物，原料易得且价格低廉，有效降低了生产成本；工艺简单、参数易控制且生产过程安全环保，特别适合于大规模工业生产；所得二硒化钨纳米包合物产品具有核壳结构，其中，核为六方二硒化钨钠米片，壳为石墨层，产物尺寸均匀、比表面积大，添加到基础油或高分子树脂中表现出良好的分散性，且在高温、高压等极端环境下依然能表现出良好的机械性能以及良好的耐磨性能。 

附图说明

图1为本发明实施例所述的二硒化钨纳米包合物的XRD谱图； 

图2为本发明实施例所述的二硒化钨纳米包合物的扫描电镜图； 

图3为本发明实施例所述的二硒化钨纳米包合物的投射电镜图； 

图4为本发明实施例所述的二硒化钨纳米包合物作为润滑油添加剂时的摩擦系数变化曲线； 

具体实施方式

以下通过具体实施方式进一步描述本发明，由技术常识可知，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。 

实施例1： 

按照如下方法制备二硒化钨纳米包合物： 

(1)配制原料混合物：称取1.0924g钨粉、1.1730g硒粉以及0.5462g石墨粉(graphite)，加入盛有10mL无水乙醇的烧杯中，在室温下磁力搅拌30分钟，得到原料混合物； 

(2)预处理：将上述原料混合物置于100℃的水浴中继续搅拌以蒸去无水乙醇，得到膏状物； 

(3)固相合成：将上述膏状物转入80℃的烘箱中干燥4小时，再转入不锈钢反应釜中，密闭后置于管式炉中，以10℃/min的速度升温至800℃，保温2小时后自然冷却室温，得到二硒化钨(WSe₂)纳米包合物。 

实践证明，本发明的二硒化钨纳米包合物的制备方法具有原料价廉易得、工艺简单且安全环保的特点。 

为了证明实施例中所得产物的成分以及结构等特性，首先对其进行X射线衍射分析，结果如图1所示，与标准的WSe₂(PDF38-1388)、石墨(PDF 41-1487)的XRD图谱相吻合，无其它杂结晶相，可见生成的产品为WSe₂与石墨的复合物。 

进一步地，对实施例中所得二硒化钨纳米包合物进行扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析，结果分别如图2和图3所示，由图可见，产品中的二硒化钨颗粒尺寸小且均匀地被石墨包覆。 

为了更进一步证明本发明实施例所得二硒化钨纳米包合物在使用过程中的优良性能，先将其作为润滑油添加剂进行摩擦性能测试，具体测试方法如下： 

在20℃以及相对湿度为40％的大气环境下，将实施例1中所 得的二硒化钨纳米包合物以及石墨分别按照0.5％的质量分数添加到液体石蜡中，经超声波分散后，在CETR UMT-2型摩擦试验机的45#钢盘上与直径为4.5mm的440C的小球进行回转摩擦，载荷为100～500g，线速度为3.142m/s，经检测后其摩擦系数变化曲线如图4所示，由图可见，加入二硒化钨纳米包合物后的液体石蜡，在高载荷下表现出明显的减磨效果和润滑效果，并且减磨效果十分稳定，摩擦系数随着载荷的变化而降低，能适应复杂特殊工况要求。 

随后，又对利用本发明实施例所得二硒化钨纳米包合物填充而得到的聚醚醚酮(PEEK)基高分子复合材料的摩擦性能进行测试，具体操作方法如下： 

(1)制备高分子复合材料：按照聚醚醚酮的质量百分比分别为0.2％、0.5％、0.8％、1.0％、3.0％、5.0％、10％的比例取二硒化钨纳米包合物，分别与聚醚醚酮混合后，得到七种填充的聚醚醚酮基高分子复合物，每种复合物分别在室温下冷压成片，再放入管式炉中在355℃下烧结1小时，即得到二硒化钨纳米包合物填充的聚醚醚酮高分子复合材料； 

(2)摩擦性能测试：将上述二硒化钨纳米包合物填充的聚醚醚酮高分子复合材料与实验钢球回转摩擦，具体条件为20℃以及相对湿度为40％的大气环境，仪器为CETR UMT-2型摩擦试验机，摩擦副接触形式为球-盘式，实验钢球为直径为9.5mm、硬度为HRC62的不锈钢球，线速度为2.262m/s，载荷9.8N，测试结果在较高载荷下，随着二硒化钨纳米包合物添加的含量的增大，摩擦系数先降低，在质量分数为0.8％时达到最低值，具有较好的减磨效 果为减磨材料；而后摩擦系数又开始显著增大，在质量分数为5％时达到最大值，为摩阻材料，然后随着质量分数的增大又开始降低，因此，本发明的二硒化钨纳米包合物作为填充剂的用量存在一最佳值。 

综上所述，利用本发明制备的二硒化钨纳米包合物具有核壳结构，在高温、高压、高载荷等极端工况下，依然表现出良好的机械性能以及良好的耐磨性能，且在高分子材料中表现出良好的分散性，生产工艺简单、参数易控制且生产过程安全环保。 

Claims (2)

1.一种二硒化钨纳米包合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配制原料混合物：按照1∶(2.1～2.5)的摩尔比取钨粉和硒粉，以钨粉质量的50％取石墨，混合后加入无水乙醇，在室温下搅拌均匀，得到原料混合物；

(2)预处理：将上述原料混合物置于70～80℃的水浴中继续搅拌至得到膏状物；

(3)固相合成：将上述膏状物转入80～100℃的烘箱中干燥4～5小时，再转入不锈钢反应釜中，密闭后置于管式炉中，以5～15℃/min的速度升温至700～850℃，保温1～4小时后自然冷却室温，得到二硒化钨纳米包合物。

2.根据权利要求1所述的二硒化钨纳米包合物的制备方法，其特征在于，所述搅拌为磁力搅拌。

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