硫化鎢(Tungsten sulfid)又稱爲(wèi)鎢硫化物,是稀有金屬鎢(W)與非金屬硫(S)一起組合成的化合物,因具有良好的熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)和電學(xué)等性能,而廣泛應(yīng)用于光電、儲能、潤滑等領(lǐng)域。根據(jù)硫原子數(shù)或鎢化合價的不同,其可以分爲(wèi)二硫化鎢和三硫化鎢兩種,它們在理化性質(zhì)和生産方式等方面上具有較大的區(qū)別。
一、概念方面
二硫化鎢是由正四價鎢離子(W4+)和負(fù)二價硫離子(S2-)組合成的一種鎢硫化物,是一種藍(lán)灰色帶有金屬光澤的細(xì)晶或粉末,是一種低維度(二維)過渡金屬硫化物半導(dǎo)體材料,英文名爲(wèi)Tungsten disulfide,分子式爲(wèi)WS2,分子量爲(wèi)247.97,CAS號爲(wèi)12138-09-9。在自然界中,它常以輝鎢礦的形式的存在。
三硫化鎢是由正六價鎢離子(W6+)和負(fù)二價硫離子(S2-)組合成的一種鎢硫化物,是一種棕紅(赭)色無定形的粉末,是一種新型的固體潤滑添加劑,是一種新型的儲能電極材料添加劑,英文名爲(wèi)Tungsten trisulfide,分子式爲(wèi)WS3,分子量爲(wèi)280.11,CAS號爲(wèi)12125-19-8。
二、理化性質(zhì)方面
二硫化鎢粉末熔點約1250℃,密度約7.6g/cm3,不溶于水、無機(jī)酸(濃H2SO4、HNO3、氫氟酸和王水除外)、鹼性溶液和有機(jī)醇液,具有較好的半導(dǎo)體性、優(yōu)異的潤滑抗磨性、良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性、較佳的儲鋰性能、優(yōu)良的抗磁性、較強(qiáng)的氧化性與還原性。注釋:王水又稱“硝基鹽酸”,是由高濃度鹽酸和濃硝酸按照3:1的比例配製而成。
三硫化鎢粉末微溶于冷水,能溶于熱水、鹼金屬氫氧化物(如氫氧化鈉、氫氧化鈣等)和鹼金屬碳酸鹽,具有比表面積大、潤滑抗磨性良好、氧化性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差等特點。強(qiáng)氧化性和弱熱穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在:當(dāng)溫度升高到170°C左右時, WS3會分解成爲(wèi)WS2和單質(zhì)S。
三、生産工藝方面
二硫化鎢的生産步驟爲(wèi):先將鎢酸與氨水反應(yīng)生成鎢酸銨,再將鎢酸銨與硫化氫氣體反應(yīng)生成四硫代鎢酸銨,最後將四硫代鎢酸銨進(jìn)行高溫焙燒,即可得到所需要的物質(zhì)。
三硫化鎢的生産步驟爲(wèi):先向氨水中依次加入適量的三氧化鎢(WO3)粉末和硫代乙醯胺(CH3CSNH2)結(jié)晶,然後攪拌均勻,均勻後脫氣密封,幷冷卻至室溫,接著真空乾燥數(shù)個小時,最後在氬氣的氣氛下保溫冷卻,即可得到高純度的WS3。值得一說的是,在氬氣中進(jìn)行保溫冷卻的主要原因是防止WS3被還原成WS2或金屬W。
四、用途方面
二者都可以用作固體潤滑劑、石油化工催化劑和鋰離子電池負(fù)極材料的重要添加劑。另外,二硫化鎢還是製作芯片晶體管的重要原材料,能所製造的半導(dǎo)體元件擁有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和儲存能力。