石墨輔助NbSe2納米棒的制備及其摩擦學(xué)性能
將石墨、鈮粉、硒粉按配比稱取,置于密閉體系中,于750℃下,固相反應(yīng)制備出二硒化鈮納米棒,并使用X射線衍射、能量散射譜、掃描電鏡和透射電鏡對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行表征。結(jié)果表明,制得的NbSe2納米棒,結(jié)晶性好,直徑為20～100 nm,長度約1μm。將得到的NbSe2棒與石墨的原位復(fù)合物作為潤滑添加劑應(yīng)用到液體石蠟中,使用UMT-2球-盤模式摩擦磨損測試儀考察其摩擦學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn),低達(dá)0.5%～1.0%(質(zhì)量比)NbSe2納米棒的加入,能有效地改善石蠟的減摩抗磨性能,顯示出良好的潤滑性能。
關(guān)鍵詞： 二硒化鈮;石墨輔助;納米棒;摩擦學(xué)性能
基金項(xiàng)目: 江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2011534);; 中科院固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(20101008)
自1992 年Tenne 等[1] 首次發(fā)現(xiàn)層狀的半導(dǎo)體WS2 能夠形成類似碳納米管的無機(jī)富勒烯( Inorganic Fullerene-Like ) 結(jié)構(gòu)后, 過渡族金屬硫化物MxSy(MoS2, NbS2) 類富勒烯狀納米顆粒、納米管、納米線、薄膜等納米材料因其具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu), 特有的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及化學(xué)性質(zhì)在最近幾年逐漸成為引人注目的研究熱點(diǎn)[2- 7] 。二硒化鈮( NbSe2) 是一種兼具良好潤滑性能和超導(dǎo)性能的層狀固體潤滑材料, 在高溫固體潤滑、超導(dǎo)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景, 對(duì)其制備及性能研究已引起人們的廣泛重視[ 8- 13] 。
Tang 等[ 14] 由Nb 和Se 通過固相反應(yīng)制備出NbSe3 納米纖維與NbSe2 微米片, Nath 等[ 12] 通過NbSe3 的熱解獲得NbSe2 納米管, Hor 等[ 15] 由Se 和NbSe3 納米纖維制備出NbSe2 納米線, Tsuneta 等[ 16]通過氣相傳輸( CVT) 方法獲得直徑達(dá)100~ 200 nm的NbSe2 納米管和納米纖維, Sekar 等[ 17] 通過在N2氣氛和280 下NbCl5 的熱解及其與Se 的化合, 然后在不同的介質(zhì)中冷卻, 分別獲得了10~ 70 nm 的NbSe2 納米片和直徑2~ 25 nm、長度達(dá)幾十微米的納米線。但鈮源價(jià)格昂貴, 且Nb、Se、NbSe2 易與O2反應(yīng), 而Nb 還能與N2 反應(yīng)。因此, 合成氣氛保護(hù)要求嚴(yán)格、成本高, 這些都大大限制了其應(yīng)用, 實(shí)現(xiàn)其綠色、低成本、規(guī)模化制備, 具有重要的理論研究與實(shí)際應(yīng)用意義。
石墨作為一種傳統(tǒng)的固體潤滑材料, 還兼具化學(xué)惰性好、耐高溫、耐腐蝕和良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電等優(yōu)點(diǎn)且質(zhì)輕、價(jià)廉, 在鋁、銀、銅、鎳、SiC、聚四氟乙烯( PTFE) 、聚酰亞胺( PI) 、聚酰胺( PA) 、環(huán)氧樹脂( EP)等耐磨金屬、陶瓷、高分子材料中得到了廣泛的應(yīng)用[ 18- 32] 。課題組曾報(bào)道了WSe2 與無定形碳的原位復(fù)合物的制備及摩擦性能[ 33] 。本文以Nb、Se和石墨為起始材料, 通過Nb、Se 在750 下的固相反應(yīng)首次合成出NbSe2 納米棒, 并將得到的NbSe2/石墨原位復(fù)合物作為基礎(chǔ)油添加劑, 考察了其摩擦學(xué)性能, 從而實(shí)現(xiàn)了NbSe2 的形貌控制和低成本化,為這類過渡金屬硫族化合物的制備和應(yīng)用提供了一個(gè)有益的探索。
在石墨存在的情況下, Nb 與Se 通過高溫固相反應(yīng)生成直徑達(dá)20~ 100 nm、長度約1 um 的NbSe2納米棒。而且, 作為石蠟潤滑添加劑, 所得到的Nb-Se2/ 石墨原位復(fù)合物具有很好的減摩抗磨性能。因此, 本方法為其它層狀材料的形貌控制及其低成本化提供了一個(gè)簡單有效、環(huán)境友好、適合放大的制備工藝路線。
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