Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из сульфида вольфрама (IV) )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дисульфид вольфрама
Молибденит-3D-шары.png
WS2 на sapphire.jpg
Слева: пленка WS 2 на сапфире. Справа: темная расслоенная пленка WS 2, плавающая на воде.
Имена
Имена ИЮПАК
Вольфрам сера
Бис (сульфанилиден) вольфрам
Систематическое название ИЮПАК
Дитиоксотольфрам
Другие имена
Сульфид вольфрама (IV)
Вольфрамит
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.032.027 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 235-243-3
  • InChI = 1S / 2S.W проверитьY
    Ключ: ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1S / 2S.W
    Ключ: ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N
  • S = [W] = S
Характеристики
WS 2
Молярная масса247,98 г / моль
Внешностьсине-серый порошок [1]
Плотность7,5 г / см 3 , твердый [1]
Температура плавления1250 ° C (2280 ° F; 1520 K) разлагается [1]
слабо растворимый
Ширина запрещенной зоны~ 1,35 эВ (оптическое, непрямое, объемное) [2] [3]
~ 2,05 эВ (оптическое, прямое, монослойное) [4]
+ 5850 · 10 −6 см 3 / моль [5]
Структура
Молибденит
Тригонально-призматический (W IV )
Пирамидальный (S 2- )
Родственные соединения
Другие анионы
Оксид вольфрама (IV)
Диселенид
вольфрама Дителлурид вольфрама
Другие катионы
Дисульфид молибдена Дисульфид
тантала Дисульфид
рения
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Дисульфид вольфрама - это неорганическое химическое соединение, состоящее из вольфрама и серы с химической формулой WS 2 . Это соединение входит в группу материалов, называемых дихалькогенидами переходных металлов . Он встречается в природе как редкий минерал вольфрамит . Этот материал входит в состав некоторых катализаторов, используемых для гидрообессеривания и гидроденитрификации .

WS 2 имеет слоистую структуру, аналогичную или изотипную с MoS 2 , вместо этого с атомами W, расположенными в тригональной призматической координационной сфере (вместо атомов Mo). Благодаря такой слоистой структуре WS 2 образует неорганические нанотрубки , которые были обнаружены после нагревания тонкого образца WS 2 в 1992 году [6].

Структура и физические свойства [ править ]

Атомное изображение (вверху) и модель (внизу) WS 2, легированного Nb . Синие, красные и желтые сферы обозначают атомы W, Nb и S соответственно. Легирование ниобием позволяет уменьшить ширину запрещенной зоны WS 2 . [7]

Объемный WS 2 образует темно-серые гексагональные кристаллы со слоистой структурой. Подобно близкому к нему MoS 2 , он проявляет свойства сухой смазки .

Хотя долгое время считалось, что WS 2 относительно стабилен в окружающем воздухе, недавние сообщения об окислении окружающим воздухом монослоя WS 2 показали, что это не так. В монослойной форме WS 2 довольно быстро превращается (в течение нескольких дней в окружающем свете и в атмосфере) в оксид вольфрама посредством реакции фотоокисления с участием видимых длин волн света, легко поглощаемого монослоем WS 2 (<~ 660 нм /> ~ 1,88 эВ). [8] Помимо света подходящей длины волны, для протекания реакции требуются кислород и вода , при этом считается, что вода действует как катализатор.для окисления. Продукты реакции включают оксид вольфрама и серную кислоту . Окисление других дихалькогенидов полупроводниковых переходных металлов (S-TMD), таких как MoS 2 , аналогичным образом наблюдалось при окружающем свете и в атмосферных условиях. [9]

WS 2 также подвергается воздействию смеси азотной и плавиковой кислот . При нагревании в кислородсодержащей атмосфере WS 2 превращается в триоксид вольфрама . При нагревании в отсутствие кислорода WS 2 не плавится, а разлагается до вольфрама и серы, но только при 1250 ° C. [1]

Исторически монослой WS 2 выделяли с помощью химического расслоения путем интеркаляции литием из н-бутиллития (в гексане) с последующим отшелушиванием интеркалированного лития соединения обработкой ультразвуком в воде. [10] WS 2 также подвергается расслоению при обработке различными реагентами, такими как хлорсульфоновая кислота [11] и галогениды лития. [12]

Синтез [ править ]

WS 2 производится несколькими способами. [1] [13] Многие из этих методов включают обработку оксидов источниками сульфида или гидросульфида, поставляемыми в виде сероводорода или генерируемыми на месте .

Тонкие пленки и монослои [ править ]

Широко используемые методы выращивания монослоя WS 2 включают химическое осаждение из паровой фазы (CVD) , физическое осаждение из паровой фазы (PVD) или химическое осаждение из паровой фазы металлов и органических соединений (MOCVD) , хотя большинство современных методов создают дефекты вакансий серы размером более 1 × 10 13 см. −2 . [14] Другие пути включают термолиз сульфидов вольфрама (VI) (например, (R 4 N) 2 WS 4 ) или его эквивалента (например, WS 3 ). [13]

Отдельностоящие пленки WS 2 можно производить следующим образом. WS 2 наносится на гидрофильную подложку, например сапфир , а затем покрывается полимером, например полистиролом . После погружения образца в воду на несколько минут гидрофобная пленка WS 2 самопроизвольно отслаивается. [15]

Приложения [ править ]

WS 2 используется в сочетании с другими материалами, в качестве катализатора для гидроочистки сырой нефти. [13]

Пластинчатый дисульфид вольфрама используется в качестве сухой смазки для крепежных деталей, подшипников и пресс-форм [16], а также широко используется в аэрокосмической и военной промышленности. [17] {{неудачная проверка | date = август 2020 | причина = указанная статья отсутствует по этому URL; страница по этому URL-адресу не поддерживает это утверждение -> WS 2 можно наносить на металлическую поверхность без связующих или отверждения с помощью высокоскоростного удара воздуха . Самый последний официальный стандарт для этого процесса изложен в международной спецификации SAE AMS2530A. [18]

Исследование [ править ]

Как и MoS 2 , наноструктурированный WS 2 активно изучается на предмет потенциальных применений, таких как хранение водорода и лития. [11] WS 2 также катализирует гидрирование из двуокиси углерода : [11] [19] [20]

СО 2 + Н 2 → СО + Н 2 О

Нанотрубки [ править ]

Дисульфид вольфрама - первый материал, который, как было обнаружено, образует неорганические нанотрубки в 1992 году. [6] Эта способность связана со слоистой структурой WS 2 , и макроскопические количества WS 2 были получены указанными выше способами. [13] Нанотрубки WS 2 были исследованы в качестве усиливающих агентов для улучшения механических свойств полимерных нанокомпозитов. В исследовании WS 2 Биоразлагаемые полимерные нанокомпозиты из полипропиленфумарата (PPF), армированные нанотрубками, показали значительное увеличение модуля Юнга, предела текучести при сжатии, модуля упругости при изгибе и предела текучести при изгибе по сравнению с однослойными и многослойными углеродными нанотрубками, армированными нанокомпозитами PPF, что позволяет предположить, что нанотрубки WS 2 могут быть лучшими усиливающими агентами, чем углеродные нанотрубки. [21] Добавление нанотрубок WS 2 к эпоксидной смоле улучшило адгезию , вязкость разрушения и скорость высвобождения энергии деформации. Износ эпоксидной смолы, армированной нанотрубками, ниже, чем износ чистой эпоксидной смолы. [22] Нанотрубки WS 2 были внедрены вматрица из нановолокна из поли (метилметакрилата) (ПММА) посредством электропрядения. Нанотрубки были хорошо диспергированы и ориентированы вдоль оси волокна. Повышенная жесткость и ударная вязкость волоконных сеток из ПММА за счет добавления неорганических нанотрубок может иметь потенциальное применение в качестве материалов, поглощающих удары, например, для баллистических жилетов . [23] [24]

Нанотрубки WS 2 являются полыми и могут быть заполнены другим материалом, чтобы сохранить или направить его в желаемое место или создать новые свойства в материале наполнителя, который ограничен диаметром в нанометровом масштабе. Для этой цели, неорганические нанотрубки гибриды были сделаны наполнением WS 2 нанотрубок с расплавленным свинцом, сурьмой или висмутом йодида с помощью процесса капиллярного смачивания, в результате чего PbI 2 @WS 2 , Sbi 3 @WS 2 или BiI 3 @WS 2 core - оболочка нанотрубок. [25]

Наноширы [ править ]

Смотрите также: монослои дихалькогенидов переходных металлов

WS 2 также может существовать в виде атомарно тонких листов. [26] Такие материалы демонстрируют фотолюминесценцию при комнатной температуре в монослойном пределе. [27]

Транзисторы [ править ]

Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) изучает возможность использования WS
2в качестве материала канала в полевых транзисторах . Материал толщиной примерно 6 слоев создается с помощью химического осаждения из паровой фазы (CVD). [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия химии . Вальтер де Грюйтер. п. 1129. ISBN 978-3-11-011451-5.
  2. ^ Кам, KK; Паркинсон, Б.А. (февраль 1982 г.). «Детальная спектроскопия фототока дихалькогенидов переходных металлов полупроводниковой группы VIB». Журнал физической химии . 86 (4): 463–467. DOI : 10.1021 / j100393a010 .
  3. ^ Baglio, Джозеф А .; Калабрезе, Гэри С .; Каменецкий, Эмиль; Кершоу, Роберт; Kubiak, Clifford P .; Ricco, Антонио Дж .; Уолд, Аарон; Райтон, Марк S .; Зоски, Гленн Д. (июль 1982 г.). «Характеристика полупроводниковых фотоанодов на основе дисульфида вольфрама n-типа в водных и неводных растворах электролитов Фотоокисление галогенидов с высокой эффективностью». J. Electrochem. Soc . 129 (7): 1461–1472. DOI : 10.1149 / 1.2124184 .
  4. ^ Гутьеррес, Умберто; Переа-Лопес, Нестор; Элиас, Ана Лаура; Беркдемир, Айше; Ван, Бэй; Lv, Ruitao; Лопес-Уриас, Флорентино; Креспи, Винсент Х .; Терронес, Умберто; Терронес, Маурисио (ноябрь 2012 г.). «Необычайная фотолюминесценция при комнатной температуре в треугольных монослоях WS2». Нано-буквы . 13 (8): 3447–3454. arXiv : 1208.1325 . DOI : 10.1021 / nl3026357 .
  5. ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.136. ISBN 1439855110.
  6. ^ а б Тенне Р., Маргулис Л., Генут М., Ходес Г. (1992). «Полиэдрические и цилиндрические структуры из дисульфида вольфрама». Природа . 360 (6403): 444–446. Bibcode : 1992Natur.360..444T . DOI : 10.1038 / 360444a0 .
  7. ^ Сасаки, Сёго; Кобаяши, Ю; Лю, Чжэн; Суэнага, Кадзутомо; Манива, Ютака; Мияучи, Юхей; Мията, Ясумицу (2016). «Рост и оптические свойства монослоев WS 2, легированных Nb » . Прикладная физика Экспресс . 9 (7): 071201. Bibcode : 2016APExp ... 9g1201S . DOI : 10.7567 / APEX.9.071201 .
  8. ^ Kotsakidis, Джимми С .; Чжан, Цяньхуэй; Васкес де Парга, Амадео Л .; Карри, Марк; Хелмерсон, Кристиан; Гаскилл, Д. Курт; Фюрер Майкл С. (июль 2019 г.). «Окисление монослоя WS2 в окружающей среде является фотоиндуцированным процессом». Нано-буквы . 19 (8): 5205–5215. arXiv : 1906.00375 . DOI : 10.1021 / acs.nanolett.9b01599 .
  9. ^ Гао, Цзянь; Ли, Байчан; Тан, Цзявэй; Чоу, Фил; Лу, То-Мин; Кораткер, Нихил (январь 2016 г.). «Старение монослоев дихалькогенидов переходных металлов». САУ Нано . 10 (2): 2628–2635. DOI : 10.1021 / acsnano.5b07677 .
  10. ^ Joensen, Пер; Фриндт, РФ; Моррисон, С. Рой (1986). «Однослойный MoS2». Бюллетень материаловедения . 21 (4): 457–461. DOI : 10.1016 / 0025-5408 (86) 90011-5 .
  11. ^ a b c Bhandavat, R .; Дэвид, L .; Сингх, Г. (2012). «Синтез нанолистов WS 2 с функциональной поверхностью и их характеристик в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов» . Журнал писем по физической химии . 3 (11): 1523–30. DOI : 10.1021 / jz300480w . PMID 26285632 . 
  12. ^ Гораи, Ару; Мидья, анупам; Маити, Риши; Рэй, Самит К. (2016). «Отшелушивание WS2 в полупроводниковой фазе с использованием группы галогенидов лития: новый метод интеркаляции лития». Сделки Дальтона . 45 (38): 14979–14987. DOI : 10.1039 / C6DT02823C .
  13. ^ a b c d Паниграхи, Права Кумар; Патхак, Амита (2008). «Микроволновый синтез нанопроволок WS 2 через предшественники тетратиовольфрамата» (бесплатная загрузка) . Sci. Technol. Adv. Матер . 9 (4): 045008. Bibcode : 2008STAdM ... 9d5008P . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 9/4/045008 . PMC 5099650 . PMID 27878036 .   
  14. ^ Хун, Цзиньхуа; Ху, Чжисинь; Проберт, Мэтт; Ли, Кун; Lv, Danhui; Ян, Синань; Гу, Линь; Мао, Наньнань; Фэн, Цинлян; Се, Лиминг; Чжан, Цзинь; Ву, Дяньчжун; Чжан, Чжиюн; Цзинь, Чуаньхун; Цзи, Вэй; Чжан, Сисян; Юань, июнь; Чжан, Цзэ (февраль 2015 г.). «Исследование атомных дефектов в монослоях дисульфида молибдена» . Nature Communications . 6 : 6293. DOI : 10.1038 / ncomms7293 .
  15. ^ Ю, Ян; Фонг, Патрик В.К.; Ван, Шифэн; Сурья, Чарльз (2016). «Изготовление pn перехода WS2 / GaN методом переноса тонкой пленки WS2 в масштабе пластины» . Научные отчеты . 6 : 37833. Bibcode : 2016NatSR ... 637833Y . DOI : 10.1038 / srep37833 . PMC 5126671 . PMID 27897210 .  
  16. ^ Французский, Лестер Грей, изд. (1967). «Дикронит» . Машинное оборудование . Vol. 73. Machinery Publications Corporation. п. 101.
  17. ^ «Специальные процессы, одобренные качеством по специальному процессуальному кодексу» . BAE Systems. 2020-07-07.
  18. ^ «AMS2530A: Покрытие из дисульфида вольфрама, тонкая смазочная пленка, нанесение ударов без связующего» . SAE International . Проверено 10 июля 2020 .
  19. ^ Ласснер, Эрик; Шуберт, Вольф-Дитер (1999). Вольфрам: свойства, химия, технология элемента, сплавы и химические соединения . Springer. С. 374–. ISBN 978-0-306-45053-2.
  20. ^ Инженер, создающий аккумуляторные батареи из слоистых наноматериалов . Science Daily (2013-01-016)
  21. ^ Lalwani, Gaurav (сентябрь 2013). «Биоразлагаемые полимеры, армированные нанотрубками из дисульфида вольфрама, для инженерии костной ткани» . Acta Biomaterialia . 9 (9): 8365–8373. DOI : 10.1016 / j.actbio.2013.05.018 . PMC 3732565 . PMID 23727293 .  
  22. ^ Zohar, E .; и другие. (2011). «Механические и трибологические свойства эпоксидных нанокомпозитов с нанотрубками WS 2 » . Журнал "Датчики и преобразователи" . 12 (специальный выпуск): 53–65.
  23. ^ Редди, CS; Зак, А., Зуссман, Э. (2011). «Нанотрубки WS 2, встроенные в нановолокна ПММА в качестве энергопоглощающего материала». J. Mater. Chem . 21 (40): 16086–16093. DOI : 10.1039 / C1JM12700D .
  24. ↑ Нано-броня: защита солдат завтрашнего дня . Physorg.com (10 декабря 2005 г.). Проверено 20 января 2016.
  25. ^ Крейцман, Ронен; Еняшин, Андрей Н .; Дипак, Фрэнсис Леонард; Альбу-Ярон, Ана; Поповиц-Биро, Ронит; Зейферт, Готтард; Тенне, Решеф (2010). «Синтез неорганических нанотрубок Core-Shell». Adv. Функц. Матер . 20 (15): 2459–2468. DOI : 10.1002 / adfm.201000490 .
  26. ^ Coleman, JN; Лотя, М .; О'Нил, А .; Бергин, С.Д .; King, PJ; Хан, У .; Young, K .; Gaucher, A .; De, S .; Смит, Р.Дж.; Швец, И.В. Арора, СК; Stanton, G .; Kim, H.-Y .; Лук-порей.; Ким, GT; Дюсберг, GS; Hallam, T .; Боланд, Дж. Дж .; Ван, JJ; Донеган, JF; Grunlan, JC; Мориарти, G .; Шмелев А .; Николлс, Р.Дж.; Перкинс, JM; Гривсон, EM; Theuwissen, K .; McComb, DW; и другие. (2011). «Двумерные нанолисты, полученные жидким расслоением слоистых материалов» . Наука . 331 (6017): 568–71. Bibcode : 2011Sci ... 331..568C . DOI : 10.1126 / science.1194975 . ЛВП : 2262/66458 .PMID  21292974 .
  27. ^ Gutiérrez, Humberto R .; Переа-Лопес, Нестор; Элиас, Ана Лаура; Беркдемир, Айше; Ван, Бэй; Lv, Ruitao; Лопес-Уриас, Флорентино; Креспи, Винсент Х .; Терронес, Умберто; Терронес, Маурисио (2013). «Необычайная фотолюминесценция при комнатной температуре в треугольных монослоях WS 2 ». Нано-буквы . 13 (8): 3447–54. arXiv : 1208.1325 . Bibcode : 2013NanoL..13.3447G . DOI : 10.1021 / nl3026357 . PMID 23194096 . 
  28. ^ Чэн, Чао-Цзин; Чунг, Юнь-Янь; Ли, Уин-Ян; Линь, Чао-Тин; Ли, Чи-Фэн; Чен, Джюн-Хонг; Лай, Дун-Йен; Ли, Кай-Шин; Ши, Цзя-Мин; Су, Шэн-Кай; Чан, Хун-Ли; Чен, Цзы-цзян; Ли, Лайн-Джонг; Вонг, Х.-С. Филипп; Цзянь, Чао-Синь (2019). «Первая демонстрация WS2 pFET с верхним затвором и длиной канала 40 нм с использованием выращивания методом ХОПФ с избирательной площадью канала непосредственно на подложке SiOx / Si». Симпозиум 2019 года по технологии СБИС . IEEE . стр. T244 – T245. DOI : 10.23919 / VLSIT.2019.8776498 . ISBN 978-4-86348-719-2.