Tungsten disulfide

Введение

Дисульфид вольфрама является неорганическим химическим соединением, состоящим из вольфрама и серы, с химической формулой WS2. Это соединение относится к группе материалов, называемых переходными металлами дихалькогенидами. Он встречается в природе в виде редкого минерала вольфрамина. Этот материал является компонентом некоторых катализаторов, используемых для гидродесульфуризации и гидроденнитификации. WS2 имеет слоистую структуру, аналогичную или изотипичную MoS2, вместо этого атомы W расположены в тригональной призмальной координационной сфере (вместо атомов Mo). Благодаря этой слойной структуре WS2 образует не углеродные нанотрубки, которые были обнаружены после нагрева тонкого образца WS2 в 1992 году. В массовом виде WS2 образует темно-серые шестиугольные кристаллы со слоевой структурой. Как и близкий родственник MoS2, он обладает свойствами сухой смазки. Хотя давно считалось, что WS2 относительно стабилен в окружающем воздухе, недавние отчеты об окислении окружающего воздуха монослоя WS2 показали, что это не так. В монослойной форме WS2 довольно быстро (в течение нескольких дней в окружающем свете и атмосфере) превращается в оксид вольфрама посредством реакции фотоокисления, включающей видимые длины волн света, легко поглощаемые монослоем WS2 (< ~ 660 нм; > ~ 1,88 эВ). В дополнение к свету подходящей длины волны, реакция, вероятно, требует как кислорода, так и воды, причем считается, что вода действует как катализатор окисления. Продукты реакции, вероятно, включают различные виды оксидов вольфрама и серную кислоту. Окисление других полупроводниковых переходных металлических дихалькогенидов (S TMD), таких как MoS2, также наблюдается при окружающем свете и в атмосферных условиях. WS2 также подвергается атаке смесью азотной и фтористоводородной кислоты. При нагревании в кислородной атмосфере WS2 превращается в триоксид вольфрама. При нагревании без кислорода WS2 не плавится, а разлагается на вольфрам и серу, но только при 1250 °C. WS2 также подвергается эксфолиации путем обработки различными реагентами, такими как хлороссульфоновая кислота

Tungsten disulfide is an inorganic chemical compound composed of tungsten and sulfur with the chemical formula WS2. This compound is part of the group of materials called the transition metal dichalcogenides. It occurs naturally as the rare mineral tungstenite. This material is a component of certain catalysts used for hydrodesulfurization and hydrodenitrification. WS2 adopts a layered structure similar, or isotypic with MoS2, instead with W atoms situated in trigonal prismatic coordination sphere (in place of Mo atoms). Owing to this layered structure, WS2 forms non carbon nanotubes, which were discovered after heating a thin sample of WS2 in 1992.]] Bulk WS2 forms dark gray hexagonal crystals with a layered structure. Like the closely related MoS2, it exhibits properties of a dry lubricant. Although it has long been thought that WS2 is relatively stable in ambient air, recent reports on the ambient air oxidation of monolayer WS2 have found this to not be the case. In the monolayer form, WS2 is converted rather rapidly (over the course of days in ambient light and atmosphere) to tungsten oxide via a photo oxidation reaction involving visible wavelengths of light readily absorbed by monolayer WS2 (< ~660 nm; > ~1.88 eV). In addition to light of suitable wavelength, the reaction likely requires both oxygen and water to proceed, with the water thought to act as a catalyst for oxidation. The products of the reaction likely include various tungsten oxide species and sulfuric acid. The oxidation of other semiconductor transition metal dichalcogenides (S TMDs) such as MoS2, has similarly been observed to occur in ambient light and atmospheric conditions. WS2 is also attacked by a mixture of nitric and hydrofluoric acid. When heated in oxygen containing atmosphere, WS2 converts to tungsten trioxide. When heated in absence of oxygen, WS2 does not melt but decomposes to tungsten and sulfur, but only at 1250 °C. WS2 also undergoes exfoliation by treatment with various reagents such as chlorosulfonic acid

Синтез

WS2 производится несколькими способами. Другие способы включают термолиз сульфидов вольфрама (например, (R4N) 2WS4) или эквивалент (например, WS3).

Приложения

WS2 используется в сочетании с другими материалами в качестве катализатора для гидроочистки сырой нефти. а также имеют значительное применение в аэрокосмической и военной промышленности. WS2 может быть применен на металлической поверхности без связующих веществ или отверждения, посредством высокоскоростного воздушного соприкосновения. Самый последний официальный стандарт для этого процесса изложен в спецификации SAE International AMS2530A.

Нанотрубки

Дисульфид вольфрама является первым материалом, который был найден для формирования не углеродных нанотрубок, в 1992 году. Добавление нанотрубок WS2 к эпоксидной смоле улучшило адгезию, прочность при переломе и скорость высвобождения энергии от натяжения. Износ нанотрубок, усиленных эпоксидом, ниже, чем у чистого эпоксида. Нанотрубки WS2 являются полыми и могут быть заполнены другим материалом, чтобы сохранить или направить его в нужное место или создать новые свойства в материале наполнителя, который ограничен диаметром нанометрового масштаба. Для достижения этой цели были изготовлены гибриды не углеродных нанотрубок путем наполнения нанотрубок WS2 растворенной солью свинца, антимония или йодида висмута путем капиллярного процесса намокания, в результате чего получили нанотрубки PbI2@WS2, SbI3@WS2 или BiI3@WS2 с ядром оболочкой. Такие материалы обладают фотолюминесценцией при комнатной температуре в пределах монослоя.

Транзисторы

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) изучает использование в качестве канала материала в полевых транзисторов эффекта. Материал толщиной около 6 слоев создается с использованием химического осаждения пара (CVD).