[发明专利]一种MSe2薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种MSe₂薄膜材料及其制备方法和应用，属于薄膜材料制备技术领域，包括基底、以及负载于基底上的MSe₂薄膜，所述MSe₂薄膜由二硒化钨薄膜、二硒化钼薄膜中的至少一种构成。本发明提供的MSe₂薄膜材料，二硒化钨薄膜和/或二硒化钼薄膜以层状结构水平生长于不锈钢表面，每一层都以密排六方的结构紧密堆积，形成稳定性良好的单分子层，而每层单分子之间，依靠范德瓦尔斯力，结合成层状半导体材料，其层与层之间易于滑动，在摩擦材料应用中可达到较低的摩擦系数。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种MSe₂薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属硒化物(MSe₂)由于其自润滑特性，在光伏领域、绝热材料以及摩擦材料领域一直是研究的热点，它们具有层状晶体结构，有利于层间的相对运动，与金属硫化物相比，平均摩擦系数较低，对环境中的水分也不敏感。Hui Yang公开了一种用静电纺丝技术制备了PAN纳米纤维膜，碳化后得到CNFs，采用化学气相沉积(CVD)法将MoSe₂负载到CNFs基底上制备出了MoSe₂/CNFs复合材料(Chem.Lett,2016,45:69-71)。Shun Mao在(Small,2015,11(4):414)中公开了一种特殊的MoSe₂/石墨烯复合材料，先用等离子增强化学气相沉积法(PECVD)原位生长制备石墨烯，再利用化学气相沉积(CVD)法将MoSe₂生长到石墨烯基底上。

上述技术存在的缺陷和不足：(1)基底材料价格昂贵，且制备过程容易团聚，分散效果较差；(2)MoSe₂与基底材料的结合力较差，容易剥离；(3)工艺复杂，操作步骤较多，耗时较长，制备效率较低，难以大规模推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种MSe₂薄膜材料及其制备方法和应用，以降低生产成本，缩短制备周期，本发明制备工艺简单，制备得到的MSe₂薄膜与基底结合力强，自润滑性能好，可应用于摩擦材料。

本发明提供的这种MSe₂薄膜材料，包括基底、以及负载于基底上的MSe₂薄膜，所述MSe₂薄膜由二硒化钨薄膜、二硒化钼薄膜中的至少一种构成。

优选的方案，所述基底为不锈钢、镍基高温合金中的一种；所述基底的厚度为3～20mm。

优选的方案，所述MSe₂薄膜的厚度为1～50um。

本发明提供了所述MSe₂薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)基底预处理；

(2)利用射频磁控溅射在基底表面生成非化学计量比的二硒化钨和/或二硒化钼薄膜；

(3)将非化学计量比的二硒化钨和/或二硒化钼薄膜进行硒化热处理，得到化学计量比的二硒化钨和/或二硒化钼薄膜材料。

优选的方案，所述MSe₂薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)不锈钢基底预处理：依次采用500目，1000目和2000目砂纸打磨，并进行抛光处理，将不锈钢分别用丙酮和无水乙醇超声清洗900s，去除表面杂质，得到预处理后的不锈钢基底；