Дисульфид вольфрама
| |
 Слева: WS 2 пленка на сапфире. Справа: темная отслоившаяся пленка WS 2 , плавающая на воде.
| |
| Имена | |
|---|---|
| ИЮПАК имена
Вольфрамовая сера
Бис(сульфанилиден)вольфрам | |
| Систематическое название ИЮПАК
Дитиоксотвольфрам | |
| Другие имена
Сульфид вольфрама(IV)
вольфстенит | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| КЭБ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.032.027 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| WS 2 | |
| Молярная масса | 247.98 g/mol |
| Появление | Сине-серый порошок [ 1 ] |
| Плотность | 7,5 г/см 3 , твердый [ 1 ] |
| Температура плавления | 1250 ° C (2280 ° F; 1520 К) разлагается. [ 1 ] |
| Слегка растворим | |
| Запрещенная зона | ~ 1,35 эВ (оптический, непрямой, объемный) [ 2 ] [ 3 ] ~2,05 эВ (оптический, прямой, монослой) [ 4 ] |
| +5850·10 −6 см 3 /моль [ 5 ] | |
| Структура | |
| Молибденит | |
| Тригонально-призматический (W IV ) Пирамидальный (S 2− ) | |
| Родственные соединения | |
Другие анионы
|
Оксиды вольфрама(IV) Диселенид вольфрама дителлурид вольфрама |
Другие катионы
|
Дисульфид молибдена Дисульфид тантала дисульфид рения |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Дисульфид вольфрама собой неорганическое химическое соединение представляет вольфрама и серы с химической формулой WS 2 . Это соединение является частью группы материалов, называемых дихалькогенидами переходных металлов . Он встречается в природе как редкий минерал вольфрамит . Этот материал является компонентом некоторых катализаторов, используемых для гидрообессеривания и гидроденитрификации .
WS 2 имеет слоистую структуру, аналогичную или изотипическую MoS координационной 2 , вместо этого атомы W расположены в тригонально-призматической сфере (вместо атомов Mo). Благодаря такой слоистой структуре WS 2 образует неуглеродные нанотрубки , которые были обнаружены после нагрева тонкого образца WS 2 в 1992 году. [ 6 ]
Структура и физические свойства
[ редактировать ]
Bulk WS 2 образует темно-серые гексагональные кристаллы со слоистой структурой. Как и близкий ему MoS 2 , он проявляет свойства сухой смазки .
Хотя долгое время считалось, что WS 2 относительно стабилен в окружающем воздухе, недавние сообщения об окислении монослоя WS 2 окружающим воздухом показали, что это не так. В форме монослоя WS 2 довольно быстро превращается (в течение нескольких дней при окружающем освещении и атмосфере) в оксид вольфрама посредством реакции фотоокисления с участием видимых длин волн света, легко поглощаемых монослоем WS 2 (< ~ 660 нм; > ~1,88 эВ). [ 8 ] Помимо света подходящей длины волны, для протекания реакции, вероятно, необходимы как кислород, так и вода , при этом вода, как считается, действует как катализатор окисления. Продукты реакции, вероятно, включают различные виды оксидов вольфрама и серную кислоту . Окисление других полупроводниковых дихалькогенидов переходных металлов (S-TMD), таких как MoS 2 , аналогично наблюдалось при окружающем свете и 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 на вольфрам и серу, но только при 1250 °С. [ 1 ]
Исторически монослой WS 2 выделяли с помощью химического отшелушивания посредством интеркаляции литием из н-бутиллития (в гексане) с последующим отшелушиванием интеркалированного лития путем обработки ультразвуком в воде. [ 10 ] WS 2 также подвергается отшелушиванию путем обработки различными реагентами, такими как хлорсульфоновая кислота. [ 11 ] и галогениды лития. [ 12 ]
Синтез
[ редактировать ]WS 2 получают несколькими способами. [ 1 ] [ 13 ] Многие из этих методов включают обработку оксидов источниками сульфида или гидросульфида, поставляемыми в виде сероводорода или образующимися на месте .
Тонкие пленки и монослои
[ редактировать ]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 металлоорганических соединений (MOCVD), хотя большинство современных методов производят 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 ]
Отдельно стоящие пленки WS 2 можно изготавливать 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
[ редактировать ]WS 2 используется вместе с другими материалами в качестве катализатора гидроочистки . сырой нефти [ 13 ] В последние годы он также нашел применение в качестве насыщающегося волокна для волоконных лазеров с пассивной синхронизацией мод, что приводит к генерации фемтосекундных импульсов.
Пластинчатый дисульфид вольфрама используется в качестве сухой смазки для крепежных изделий, подшипников и пресс-форм. [ 16 ] а также широко используется в аэрокосмической и военной промышленности. [ 17 ] [ не удалось пройти проверку ] WS 2 можно наносить на металлическую поверхность без связующих веществ и отверждения путем воздействия высокоскоростного воздуха . Самый последний официальный стандарт для этого процесса изложен в международной спецификации SAE AMS2530A. [ 18 ]
Исследовать
[ редактировать ]Как и MoS 2 , наноструктурированный WS 2 активно изучается на предмет потенциального применения, например, для хранения водорода и лития. [ 11 ] WS 2 также катализирует гидрирование диоксида углерода : [ 11 ] [ 19 ] [ 20 ]
- СО 2 + Н 2 → СО + Н 2 О
Нанотрубки
[ редактировать ]Дисульфид вольфрама — первый материал, который, как было обнаружено, образует неуглеродные нанотрубки , в 1992 году. [ 6 ] Эта способность связана со слоистой структурой WS 2 , и макроскопические количества WS 2 были получены упомянутыми выше методами. [ 13 ] Нанотрубки WS 2 были исследованы в качестве армирующего агента для улучшения механических свойств полимерных нанокомпозитов. В исследовании нанотрубки WS 2 , армированные биоразлагаемыми полимерными нанокомпозитами полипропиленфумарата (PPF), показали значительное увеличение модуля Юнга, предела текучести при сжатии, модуля упругости и предела текучести при изгибе по сравнению с одно- и многостенными углеродными нанотрубками, армированными нанокомпозитами PPF. предполагая, что нанотрубки WS 2 могут быть лучшими армирующими агентами, чем углеродные нанотрубки. [ 21 ] Добавление нанотрубок WS 2 к эпоксидной смоле улучшило адгезию , вязкость разрушения и скорость выделения энергии деформации. Износ эпоксидной смолы, армированной нанотрубками, ниже, чем у чистой эпоксидной смолы. [ 22 ] WS 2 Нанотрубки были внедрены в матрицу нановолокон полиметилметакрилата (ПММА) посредством электропрядения. Нанотрубки были хорошо диспергированы и ориентированы вдоль оси волокна. Повышенная жесткость и прочность сеток из волокон ПММА за счет добавления неуглеродных нанотрубок может потенциально использоваться в качестве ударопоглощающих материалов, например, для баллистических жилетов . [ 23 ] [ 24 ]
Нанотрубки WS 2 полые и могут быть заполнены другим материалом, чтобы сохранить или направить его в нужное место или создать новые свойства материала наполнителя, который ограничен диаметром нанометра. С этой целью были изготовлены гибриды неуглеродных нанотрубок путем заполнения нанотрубок WS 2 расплавленной солью йодида свинца, сурьмы или висмута посредством процесса капиллярного смачивания, в результате чего получали PbI 2 @WS 2 , SbI 3 @WS 2 или BiI 3 @WS 2 нанотрубки ядро-оболочка. [ 25 ]
Нанолисты
[ редактировать ]WS 2 также может существовать в виде атомарно тонких листов. [ 26 ] Такие материалы проявляют фотолюминесценцию при комнатной температуре в пределе монослоя. [ 27 ]
Транзисторы
[ редактировать ]Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) изучает возможность использования WS
2 в качестве материала канала в полевых транзисторах . Материал толщиной примерно 6 слоев создается с помощью химического осаждения из паровой фазы (CVD). [ 28 ]
Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Перейти обратно: а б с д и Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия по химии . Вальтер де Грюйтер. п. 1129. ИСБН 978-3-11-011451-5 .
- ^ Кам К.К., Паркинсон Б.А. (февраль 1982 г.). «Детальная фототоковая спектроскопия дихалькогенидов полупроводниковых переходных металлов VIB группы». Журнал физической химии . 86 (4): 463–467. дои : 10.1021/j100393a010 .
- ^ Баглио Дж.А., Калабрезе Г.С., Каменецкий Е., Кершоу Р., Кубяк С.П., Рикко А.Дж. и др. (июль 1982 г.). «Характеристика полупроводниковых фотоанодов из дисульфида вольфрама n-типа в водных и неводных растворах электролитов. Фотоокисление галогенидов с высокой эффективностью» . Дж. Электрохим. Соц . 129 (7): 1461–1472. Бибкод : 1982JElS..129.1461B . дои : 10.1149/1.2124184 .
- ^ Гутьеррес Х., Переа-Лопес Н., Элайджа А.Л., Беркдемир А., Ван Б., Лев Р. и др. (ноябрь 2012 г.). «Необычайная фотолюминесценция при комнатной температуре в треугольных монослоях WS2». Нано -буквы 13 (8): 3447–3454. arXiv : 1208.1325 . Бибкод : 2013NanoL..13.3447G . дои : 10.1021/nl3026357 . ПМИД 23194096 . S2CID 207597527 .
- ^ Хейнс WM, изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.136. ISBN 1-4398-5511-0 .
- ^ Перейти обратно: а б Тенне Р., Маргулис Л., Генут М., Ходес Г. (1992). «Многогранные и цилиндрические структуры дисульфида вольфрама». природе По своей 360 (6403): 444–446. Бибкод : 1992Natur.360..444T . дои : 10.1038/360444a0 . S2CID 4309310 .
- ^ Сасаки С., Кобаяши Ю., Лю З., Суэнага К., Манива Ю., Мияучи Ю. и др. (2016). , легированных Nb «Рост и оптические свойства монослоев WS 2 » . Прикладная физика Экспресс . 9 (7): 071201. Бибкод : 2016APExp...9g1201S . дои : 10.7567/APEX.9.071201 .
- ^ Коцакидис Дж.К., Чжан К., Васкес де Парга А.Л., Карри М., Хелмерсон К., Гаскилл Д.К. и др. (июль 2019 г.). «Окисление монослоя WS2 в окружающей среде — фотоиндуцированный процесс». Нано-буквы . 19 (8): 5205–5215. arXiv : 1906.00375 . Бибкод : 2019NanoL..19.5205K . дои : 10.1021/acs.nanolett.9b01599 . ПМИД 31287707 . S2CID 173990948 .
- ^ Гао Дж., Ли Б., Тан Дж., Чоу П., Лу Т.М., Кораткер Н. (январь 2016 г.). «Старение монослоев дихалькогенидов переходных металлов». АСУ Нано . 10 (2): 2628–2635. дои : 10.1021/acsnano.5b07677 . ПМИД 26808328 . S2CID 18010466 .
- ^ Йоэнсен П., Фриндт Р.Ф., Моррисон С.Р. (1986). «Однослойный MoS2». Бюллетень исследования материалов . 21 (4): 457–461. дои : 10.1016/0025-5408(86)90011-5 .
- ^ Перейти обратно: а б с Бхандават Р., Дэвид Л., Сингх Г. (2012). «Синтез нанолистов WS 2 с поверхностной функциональностью и их эффективность в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов» . Журнал физической химии . 3 (11): 1523–30. дои : 10.1021/jz300480w . ПМИД 26285632 .
- ^ Гораи А., Мидья А., Маити Р., Рэй СК (2016). «Расслоение WS2 в полупроводниковой фазе с использованием группы галогенидов лития: новый метод интеркаляции Li». Транзакции Далтона . 45 (38): 14979–14987. дои : 10.1039/C6DT02823C . ПМИД 27560159 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Паниграхи, Правас Кумар, Патхак, Амита (2008). с помощью микроволнового излучения «Синтез нанопроволок WS 2 через предшественники тетратиовольфрамата» (скачать бесплатно) . наук. Технол. Адв. Мэтр . 9 (4): 045008. Бибкод : 2008STAdM...9d5008P . дои : 10.1088/1468-6996/9/4/045008 . ПМК 5099650 . ПМИД 27878036 .
- ^ Хонг Дж., Ху З., Проберт М., Ли К., Лв Д., Ян Икс и др. (февраль 2015 г.). «Исследование атомных дефектов в монослоях дисульфида молибдена» . Природные коммуникации . 6 : 6293. Бибкод : 2015NatCo...6.6293H . дои : 10.1038/ncomms7293 . ПМЦ 4346634 . ПМИД 25695374 .
- ^ Ю Ю, Фонг П.В., Ван С., Сурья С. (2016). «Изготовление pn-перехода WS2/GaN методом переноса тонкой пленки WS2 на пластине» . Научные отчеты . 6 : 37833. Бибкод : 2016NatSR...637833Y . дои : 10.1038/srep37833 . ПМК 5126671 . ПМИД 27897210 .
- ^ Французский LG, изд. (1967). «Дикронит» . Машины . Том. 73. Корпорация машиностроительных изданий. п. 101.
- ^ «Специальные процессы, одобренные по качеству в соответствии со специальным кодом процесса» . БАЕ Системс. 07.07.2020.
- ^ «AMS2530A: покрытие из дисульфида вольфрама, тонкая смазочная пленка, нанесение без связующего воздействия» . САЭ Интернешнл . Проверено 10 июля 2020 г.
- ^ Ласснер, Эрик, Шуберт, Вольф-Дитер (1999). Вольфрам: свойства, химия, технология элемента, сплавы и химические соединения . Спрингер. стр. 374–. ISBN 978-0-306-45053-2 .
- ^ Инженер, создающий аккумуляторные батареи из слоистых наноматериалов . Наука Дейли (2013-01-016)
- ^ Лалвани Дж. (сентябрь 2013 г.). «Нанотрубки дисульфида вольфрама, армированные биоразлагаемыми полимерами для инженерии костной ткани» . Акта Биоматериалы . 9 (9): 8365–8373. doi : 10.1016/j.actbio.2013.05.018 . ПМЦ 3732565 . ПМИД 23727293 .
- ^ Зохар Э. и др. (2011). «Механические и трибологические свойства эпоксидных нанокомпозитов с WS 2 нанотрубками » . Журнал «Сенсоры и преобразователи» . 12 (Специальный выпуск): 53–65.
- ^ Редди К.С., Зак А., Зуссман Э. (2011). «Нанотрубки WS 2 , встроенные в нановолокна ПММА в качестве энергопоглощающего материала». Дж. Матер. Хим . 21 (40): 16086–16093. дои : 10.1039/C1JM12700D .
- ^ Наноброня: защита солдат завтрашнего дня . Physorg.com (10 декабря 2005 г.). Получено 20 января 2016 г.
- ^ Крейцман Р., Еняшин А.Н., Дипак Ф.Л., Альбу-Ярон А., Поповиц-Биро Р., Зейферт Г. и др. (2010). «Синтез неорганических нанотрубок ядро-оболочка». Адв. Функц. Мэтр . 20 (15): 2459–2468. дои : 10.1002/adfm.201000490 . S2CID 136725896 .
- ^ Коулман Дж.Н., Лотя М., О'Нил А., Бергин С.Д., Кинг П.Дж., Хан У. и др. (2011). «Двумерные нанолисты, полученные путем жидкостного расслоения слоистых материалов» . Наука . 331 (6017): 568–71. Бибкод : 2011Sci...331..568C . дои : 10.1126/science.1194975 . hdl : 2262/66458 . ПМИД 21292974 . S2CID 23576676 .
- ^ Гутьеррес Х.Р., Переа-Лопес Н., Элайджа А.Л., Беркдемир А., Ван Б., Лев Р. и др. (2013). «Необычайная фотолюминесценция при комнатной температуре в треугольных монослоях WS2 ». Нано -буквы 13 (8): 3447–54. arXiv : 1208.1325 . Бибкод : 2013NanoL..13.3447G . дои : 10.1021/nl3026357 . ПМИД 23194096 . S2CID 207597527 .
- ^ Cheng CC, Chung YY, Li UY, Lin CT, Li CF, Chen JH и др. (2019). «Первая демонстрация pFET WS2 с верхним затвором с длиной канала 40 нм с использованием CVD-выращивания с избирательной площадью канала непосредственно на подложке SiOx / Si». Симпозиум 2019 по технологии СБИС . ИИЭЭ . стр. Т244–Т245. дои : 10.23919/VLSIT.2019.8776498 . ISBN 978-4-86348-719-2 . S2CID 198931613 .
