一种少层二硫化钼纳米片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种少层二硫化钼纳米片的制备方法，属于纳米结构的制造或处理技术领域。本发明专利技术方法首先将二硫化钼颗粒放置于金属材质的容置件内，在室温无润滑条件下对其进行连续多次累积轧制；在轧制力作用下容置件发生塑性变形，使二硫化钼内部层与层之间受到平行于轧制方向的剪切应力，并随之发生变形。由于变形的原因，产生应力集中，使得硫

【技术实现步骤摘要】
一种少层二硫化钼纳米片的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米结构的制造或处理
，尤其涉及一种少层二硫化钼纳米片的制备方法。

技术介绍

[0002]层状二硫化钼纳米片是一种类石墨烯的二维纳米材料，近年来，凭借其独特的物理和化学性质成为了材料学领域新兴的研究重点。由单层或少层二硫化钼构成的类石墨烯二硫化钼(Graphene
‑
like MoS2)是一种具有类似于石墨烯结构的和性能的新型二维层状化合物，该二维纳米材料由六方晶系的单层或多层二硫化钼组成，单层二硫化钼由A
‑
B
‑
A式的“三明治夹心”层状结构组成，上下两层均为硫原子层，中间层为钼原子层，层间距约为0.65nm。因其结构的特殊性，二硫化钼材料在被剥离至少层或单层时，其半导体间隙由间接带隙结构转变为直接带隙结构，导致材料的光子吸收截面和荧光量子效率得到大幅提高，可被用与制造能效更高的电子芯片和光电器件；另外，层状结构的二硫化钼具有较低的导热性，且层与层之间存在滑移效果，使得该材料具有良好的阻燃和润滑效果。大量研究表明，仅添加少量的层状二硫化钼纳米片就可以大幅提升复合材料的各项性能，在光电、能量存储、润滑、复合材料等领域有着广泛的应用背景。因此，少层二硫化钼纳米片的制备具有极大的应用背景和现实意义。
[0003]目前，层状二硫化钼纳米片的制备方法主要分为自下而上的合成法和自上而下的剥离法两种。自下而上的合成法主要采用化学沉积法，如专利号为CN202110746384.1的中国专利公开了一种通过高、低温区的双温区化学气相沉积系统制备单层二硫化钼材料的方法，将有机溶剂和钼酸铵混合溶液进行预处理后采用化学气相沉积工艺在衬底表面制得单层二硫化钼纳米片。但化学气相沉积要求的反应温度高(600～850℃)，反应过程需惰性气体保护，且反应产物存在废物处理的问题。因此，该制备方法工艺复杂、成本较高且易产生有害气体，不利于大规模和高效率制备。
[0004]自下而上的剥离法主要包括离子插层法、液相剥离法、机械剥离法等。离子插层法是目前生产效率较高的方法，然而离子插层法在进行插层处理时需要特定离子作为稳定剂以及无氧无水的工作环境，对工业生产环境要求苛刻。液相剥离法是一种通过超声震荡来制备二硫化钼纳米片的方法，虽然该方法操作简单、制备条件相对宽松，但其剥离程度和效率都低于其他手段。如专利号为CN201410081869.3的中国专利公开了一种磁性层状二硫化钼的制备方法，其中第一步的超声分散时间长达8h，制备效率较低。传统的机械剥离法则是一种相对成熟的制备方法，可以通过特殊胶带或球磨机等手段剥离出少层的二硫化钼，但剥离的二硫化钼尺寸难以保证在纳米级，生产效率较低，因此该方法的应用仍受到其制备规模小和重复性较差的缺点限制。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种工艺简单、有害废
物产量少及生产效率高的少层二硫化钼纳米片的制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)具有容置空间及开口端的金属容置件经退火处理、表面除杂，得到纯化容置件，备用；
[0007](2)将二硫化钼添加至所述纯化容置件的容置空间中，添加完成后封闭开口端，得到密闭容置件，备用；
[0008](3)将所述密闭容置件压至扁平状，随后将其置于模具中，得到预轧金属件，备用；
[0009](4)对所述预轧金属件进行轧制，每轧制一次后，将轧制后的金属件折叠以实现其在厚度方向上的变形，重复轧制过程，得到轧制金属件，备用；
[0010](5)将所述轧制金属件转移至分散液中，经超声处理，收集上层分散液；上层分散液经干燥，得到少层二硫化钼纳米片。
[0011]优选的，所述步骤(1)中，所述金属容置件由易于加工与具有良好延展性的金属或金属合金制成。
[0012]进一步优选的，所述金属容置件为圆柱形金属管，金属管由铜或铝制成。
[0013]优选的，所述步骤(1)中，所述退火处理的方式如下：将金属容置件置于通有惰性保护气体的环境中，在600～700℃退火处理2～8h。
[0014]优选的，所述步骤(2)中，以质量百分比计，所述二硫化钼的添加量为所述纯化容置件质量的1％～5％。
[0015]优选的，所述步骤(4)中，所述轧制在10～25℃及无润滑条件下进行。
[0016]优选的，所述步骤(4)中，所述轧制的轧制速度为100～300mm/min。
[0017]优选的，所述步骤(4)中，记一道次为轧制一次，将所述厚度方向上的变形中每道次轧制的变形量记为X，以百分比计，X≤80％。
[0018]进一步优选的，记一道次为轧制一次，将所述轧制的总道次记为N，轧制总道次N与厚度方向上的变形的变形量X的关系满足如下公式：N≥log
(1
‑
X)
8.88e
‑
16
。
[0019]优选的，所述步骤(5)中，所述分散液为不与金属容置件及二硫化钼反应，并具有强挥发性的液体。
[0020]进一步优选的，所述分散液为丙酮、无水乙醇、无水甲醇中的至少一种。
[0021]金属管经退火，硬度得到降低，改善了其切削加工性并消除了残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；同时也起到细化晶粒、调整组织及消除组织缺陷的作用；对完全退火态的金属管进行除去氧化膜和脱脂等的除杂处理，防止了杂质污染样品。
[0022]二硫化钼添加至金属管后，在10～25℃无润滑的条件下对其进行连续多次累积轧制后通过超声分离制得少层二硫化钼纳米片。在轧制过程中，每次轧制后将样品折叠，获得了厚度方上一定的变形量，随着轧制总道次增加，二硫化钼颗粒被逐渐减薄形成层状二硫化钼纳米片。以铜制的金属管为例，经过轧制减薄后，少层二硫化钼纳米片均匀分散在铜介质中，获得二硫化钼
‑
铜复合体。
[0023]将轧制后获得的二硫化钼
‑
铜复合体置于分散液之中，由于二硫化钼的密度(4.8g/cm
‑3)远小于铜(8.96g/cm
‑3)，且该复合体通过在10～25℃条件下通过机械法制备得到，因此二硫化钼和铜介质间的机械结合力有限。在超声震荡作用下，少层二硫化钼纳米片会从铜介质中剥离并暂时漂浮于上层分散液中，收集上层分散液，干燥后即可获得少层二硫化钼纳米片。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0025]本专利技术的制备方法工艺简单，轧制过程适用于工业轧机，成本较低且制备过程不易产生有害气体及废物，有利于大规模和高效率的生产制备少层二硫化钼纳米片。本专利技术的工艺过程灵活可控，可根据实际需求灵活控制轧制过程的变形量X和轧制总道次N，满足N≥log
(1
‑
X)
8.88e
‑
16
即可实现适当调控。采用本专利技术的制备方法可以制备得到少层二硫化钼纳米片，产品质量高，使二硫化钼的性能得到充分展现。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种少层二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)具有容置空间及开口端的金属容置件经退火处理、表面除杂，得到纯化容置件，备用；(2)将二硫化钼添加至所述纯化容置件的容置空间中，添加完成后封闭开口端，得到密闭容置件，备用；(3)将所述密闭容置件压至扁平状，随后将其置于模具中，得到预轧金属件，备用；(4)对所述预轧金属件进行轧制，每轧制一次后，将轧制后的金属件折叠以实现其在厚度方向上的变形，重复轧制过程，得到轧制金属件，备用；(5)将所述轧制金属件转移至分散液中，经超声处理，收集上层分散液；上层分散液经干燥，得到少层二硫化钼纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述金属容置件由易于加工与具有良好延展性的金属或金属合金制成。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述金属容置件为圆柱形金属管，金属管由铜或铝制成。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述退火处理的方式如下：将金属容置件置于通有惰性保护气体的环境中，在600～700℃退火处理2～8h。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅青松，廖凌祎，陈子豪，彭宇琦，谭媛媛，张国栋，杨兵，李成林，万亮，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：