[发明专利]一种具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于复合纳米材料技术领域，具体涉及一种具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜及其制备方法和应用。本发明通过对原料及制备工艺进行调整，使其具有优异的摩擦学性能，从而解决传统磁控溅射技术制备得到的二硫化钼薄膜硬度低和摩擦系数较高的问题。本发明制备方法简单、价格低廉，与传统的沉积方法相比，不要求源溶液具有良好的挥发性，只要能够溶解在容易产生气溶胶的有机溶剂中即可。本发明的制备方法采用气凝胶辅助化学气相沉积制备复合薄膜，所得复合薄膜质量好；且操作简单、成本低，不需要实验昂贵的仪器设备，易于生产。本发明的方法易于实现大规模批量生产，具有重要的应用潜力。

技术领域

本发明属于复合纳米材料技术领域，具体涉及一种具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

摩擦现象是日常生活常见的现象，在运动系统中摩擦现象是不可避免的，而摩擦的产生不仅会导致能量耗散（如表面原子的振动、化学相互作用、电子-空穴耦合时的电子激发等），而且还会导致机械系统的效率和寿命变短，最终导致资源的浪费和能耗增加。因此，通过减少摩擦损失的方式成为节约能耗的重要途径之一。

二维层状材料具有优异润滑性能和机械性能，作为有效的固体润滑剂，越来越多的应用于许多工程机械、电子仪器中，可有效降低设备中的摩擦系数。因此，研究二维层状材料的摩擦性能具有十分重要的意义。

公开号为CN113215525A的中国专利公开了一种橡胶表面超低摩擦多层复合碳基润滑涂层及其构筑方法，通过利用磁控溅射技术在橡胶基底表面依次沉积碳薄膜、二硫属过渡金属化合物膜、金属膜而得，中间层为二硫属过渡金属化合物，其作为牺牲层转移到对偶表面金属转移膜上，并与碳薄膜形成非公度接触而实现超低摩擦。虽然利用磁控溅射技术可以实现制备具有硫化合物的薄膜，但是传统的制备方法条件苛刻，例如需要高压高真空环境等，不容易实现，所以需要在现有技术的基础上进行改进。

基于此，本发明利用气凝胶辅助化学气相沉积技术制备出具有优异摩擦学性能的二硫化钼及二硫化钼复合薄膜，并且该制备方法操作简单，价格低廉，易于实现大规模批量生产，具有重要的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种二硫化钼复合薄膜，通过对原料及制备工艺进行调整，使其具有优异的摩擦学性能，从而解决传统磁控溅射技术制备得到的二硫化钼薄膜硬度低和摩擦系数较高的问题。

本发明还提供了上述二硫化钼复合薄膜的制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜，所述复合薄膜的成分包括二硫化钼以及掺杂在二硫化钼中的铬、钛或铜，所述复合薄膜在制备时利用化学气相沉积法，以膜的形式沉积在基体表面。

所掺杂的铬以硫化铬和三氧化二铬的形式存在；所掺杂的钛以氧化钛的形式存在；所掺杂的铜以硫化铜的形式存在。

具体的，所述二硫化钼复合薄膜中铬的掺杂量为0.001~0.2wt%，进一步优选为0.004~0.1 wt%。

具体的，所述二硫化钼复合薄膜中钛的掺杂量为0.01~4wt%。

具体的，所述二硫化钼复合薄膜中铜的掺杂量为0.01~6wt%。

具体的，所述具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜的厚度优选为300 nm~4 μm，进一步优选为400 nm~2 μm。

具体的，所述基体的材质优选但不限于玻璃、石英、硅、钢或陶瓷。

一种具有耐磨性能的二硫化钼复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1）将有机钼源前驱体超声分散在有机溶剂I中，再加入有机铬源前驱体、有机钛源前驱体或者铜源前驱体，混合均匀后（具体采用超声处理2~30 min的方式实现），得到金属掺杂钼源溶液；