Kapitel 1: Definition von Wolframdisulfid
Wolframdisulfid (WS₂) ist ein bedeutendes Übergangsmetall-Dichalkogenid (TMD), das für seine einzigartige chemische Zusammensetzung, Kristallstruktur und Multifunktionalität bekannt ist, was es zu einem wichtigen Akteur in der industriellen Produktion und wissenschaftlichen Forschung macht.
Als Schichtverbindung weist WS₂ eine außergewöhnliche Leistung in Anwendungen wie Schmiermitteln, elektronischen Geräten und Katalysatoren auf, wobei seine Eigenschaften auf die chemische Bindung zwischen Wolfram und Schwefel, sein natürliches Vorkommen und seine historische Entwicklung zurückzuführen sind. In diesem Abschnitt wird seine Definition aus drei Perspektiven – chemische Zusammensetzung, natürliche Form und historischer Hintergrund – umfassend untersucht und sein Wesen und seine Bedeutung in der modernen Technologie aufgezeigt.
1.1 Grundlegende Definition von Wolframdisulfid
Wolframdisulfid (WS₂) ist eine Verbindung, die sich aus Wolframmetall (W) und Schwefel (S) im Verhältnis 1:2 zusammensetzt, mit der Summenformel WS₂. Als typisches zweidimensionales Material verfügt es aufgrund seiner Schichtstruktur über einen niedrigen Reibungskoeffizienten, eine hohe thermische Stabilität und einstellbare elektronische Eigenschaften, was es in zahlreichen Bereichen sehr wertvoll macht.
Dieser Unterabschnitt befasst sich mit seiner chemischen Zusammensetzung, seinem natürlichen Vorkommen und den Ursprüngen seines Namens und seinem historischen Kontext und legt den Grundstein für spätere Diskussionen über seine Eigenschaften.
INHALT
Kapitel 1: Definition von Wolframdisulfid
1.1 Grundlegende Definition von Wolframdisulfid
1.1.1 Chemische Zusammensetzung und Summenformel
1.1.1.1 Chemische Bindungseigenschaften von Wolfram und Schwefel
1.1.1.2 Molare Masse
1.1.2 Formen in der Natur
1.1.2.1 Mineralogische Eigenschaften von Wolframit
1.1.2.2 Geologische Verbreitung
1.1.3 Herkunft des Namens und historischer Hintergrund
1.1.3.1 Erste Erkennung und Benennung
1.1.3.2 Beginn industrieller Anwendungen
1.2 Kristallstruktur von Wolframdisulfid
1.2.1 Hexagonaler Schichtaufbau
1.2.1.1 Sandwich-Struktur
1.2.1.2 Gitter-Parameter
1.2.1.3 Unterschiede zwischen Einschicht- und Mehrschichtaufbauten
1.2.2 Atomare Anordnung und Bindungseigenschaften
1.2.2.1 Kovalente Bindungen innerhalb der Schicht
1.2.2.2 Zwischenschicht van der Waals-Kräfte
1.2.2.3 Analyse der Bindungslänge und des Bindungswinkels
1.2.3 Polymorphismus von Wolframdisulfid
1.2.3.1 1T Phase
1.2.3.2 2H-Phase
1.2.3.3 3R-Phase
1.2.3.4 1T’-Phase
1.2.4 Nanoskalige strukturelle Eigenschaften von Wolframdisulfid
1.2.4.1 Oberflächeneffekte und Kantenaktivität
1.2.4.2 Quanteneinschlusseffekte in Single-Layer-WS₂
1.2.4.3 Anisotropie und Eigenschaften der Interlayer-Exfoliation
Kapitel 2: Eigenschaften von Wolframdisulfid
2.1 Physikalische Eigenschaften von Wolframdisulfid
2.1.1 Aussehen und Farbe
2.1.1.1 Grauer metallischer Glanz in Pulverform
2.1.1.2 Transparenzschwankungen in Dünnschichtform
2.1.2 Dichte und spezifisches Gewicht
2.1.2.1 Schüttdichte
2.1.2.2 Dichtevariationen in Nanostrukturen
2.1.3 Thermische Stabilität
2.1.3.1 Schmelzpunkt
2.1.3.2 Zersetzungstemperatur
2.1.3.3 Thermischer Ausdehnungskoeffizient
2.1.4 Reibungskoeffizient und Schmierleistung
2.1.4.1 Niedriger Reibungskoeffizient
2.1.4.2 Reibungsstabilität unter Temperatur und Druck
2.1.4.3 Einfluss der Gleitgeschwindigkeit auf die Reibung
2.1.5 Härte und mechanische Festigkeit
2.1.5.1 Mohs-Härte
2.1.5.2 Druckfestigkeit
2.1.5.3 Scherfestigkeit und Verschleißfestigkeit
2.2 Chemische Eigenschaften von Wolframdisulfid
2.2.1 Löslichkeit
2.2.1.1 Unlöslich in Wasser, Alkohol und verdünnten Säuren
2.2.1.2 Löslich in Königswasser und geschmolzenem Alkali
2.2.1.3 Analyse der Löslichkeitsprüfung
2.2.2 Oxidations-Reduktions-Verhalten
2.2.2.1 Reaktionsmechanismus der Hochtemperaturoxidation zu WO₃
2.2.2.2 Stabilität unter reduzierenden Bedingungen
2.2.2.3 Oxidationsbeginn, Temperatur und Umwelteinwirkung
2.2.3 Korrosionsbeständigkeit und chemische Inertheit
2.2.3.1 Verhalten in saurer Umgebung
2.2.3.2 Stabilität in alkalischer Umgebung
2.2.3.3 Anwendungen in der chemischen Korrosionsbeständigkeit
2.2.4 Chemische Reaktionen bei hohen Temperaturen
2.2.4.1 Reaktionskinetik mit Sauerstoff
2.2.4.2 Wechselwirkungen mit Sulfiden
2.2.4.3 Analyse von Hochtemperatur-Zersetzungsprodukten
2.3 Elektrische und optische Eigenschaften von Wolframdisulfid
2.3.1 Leitfähigkeit und Halbleitereigenschaften
2.3.1.1 Indirekte Bandlücke von Schüttgut
2.3.1.2 Direkte Bandlücke einer einzelnen Schicht
2.3.1.3 Trägermobilität und Dopingeffekte
2.3.2 Eigenschaften der Bandlücke
2.3.2.1 Übergang zwischen Single-Layer- und Multi-Layer-Bandlücken
2.3.2.2 Temperatureffekte auf die Bandlücke
2.3.2.3 Anwendungspotenzial von Bandgap Engineering
2.3.3 Optische Absorptions- und Reflexionseigenschaften
2.3.3.1 Absorptionsraten im sichtbaren und infraroten Licht
2.3.3.2 Reflexionsvermögen und Brechungsindex
2.3.3.3 Eigenschaften der Photolumineszenz
Kapitel 3: Klassifizierung von Wolframdisulfid
3.1 Klassifizierung nach Morphologie
3.1.1 Wolframdisulfid in Pulverform
3.1.1.1 Mikrometergroßes Pulver
3.1.1.2 Ultrafeines Pulver
3.1.2 Wolframdisulfid-Nanoblätter
3.1.2.1 Einschichtige Nanoblätter
3.1.2.2 Mehrschichtige Nanoblätter
3.1.3 Wolframdisulfid-Beschichtungen
3.1.3.1 Trockenfilm-Schmierbeschichtungen
3.1.3.2 Verbundstoff-Beschichtungen
3.1.4 Wolframdisulfid in großen Mengen
3.1.4.1 Natürlicher Wolframit
3.1.4.2 Synthetische Kristalle
3.1.5 Wolframdisulfid-Nanodrähte
3.1.5.1 Eindimensionale Struktureigenschaften
3.1.5.2 Synthesemethoden
3.1.6 Wolframdisulfid-Quantenpunkte
3.1.6.1 Nulldimensionale strukturelle Eigenschaften
3.1.6.2 Optische und elektrische Vorteile
3.2 Klassifizierung nach Kristallstruktur
3.2.1 1T-Phase
3.2.1.1 Strukturelle Eigenschaften
3.2.1.2 Stabilität und Übergangsbedingungen
3.2.2 2H-Phase
3.2.2.1 Strukturelle Eigenschaften
3.2.2.2 Anteil in industriellen Anwendungen
3.2.3 3R-Phase
3.2.3.1 Strukturelle Eigenschaften
3.2.3.2 Seltenheit und Forschungswert
3.2.4 1T’-Phase
3.2.4.1 Verzerrte strukturelle Eigenschaften
3.2.4.2 Topologische Eigenschaften
3.3 Klassifizierung nach Reinheit und Anwendung
3.3.1 Wolframdisulfid in Industriequalität
3.3.1.1 Reinheitsbereich
3.3.1.2 Allgemeine Anwendungen
3.3.2 Hochreines Wolframdisulfid
3.3.1.1 Reinheit
3.3.1.2 Anwendungen in der Elektronik und Katalyse
3.3.3 Wolframdisulfid für Verbundwerkstoffe
3.3.3.1 Schmieren von Verbundwerkstoffen
3.3.3.2 Verstärkungsmaterialien
3.3.4 Wolframdisulfid in Laborforschungsqualität
3.3.4.1 Hochreine Nanoskala
3.3.4.2 Kundenspezifische Anforderungen
3.4 Klassifizierung nach Partikelgröße
3.4.1 Wolframdisulfid in Mikrometergröße
3.4.1.1 Größenbereich
3.4.1.2 Anwendungsszenarien
3.4.2 Nanoskaliges Wolframdisulfid
3.4.2.1 Größenbereich
3.4.2.2 Vorteile von Nanoeffekten
3.4.3 Ultrafeines Wolframdisulfid
3.4.3.1 Größe
3.4.3.2 Spezialisierte Anwendungen
3.4.4 Submikron Wolframdisulfid
3.4.4.1 Größenbereich
3.4.4.2 Übergangsmerkmale
3.4.5 Subnanoskaliges Wolframdisulfid
3.4.5.1 Größenbereich
3.4.5.2 Quanteneffekte
Kapitel 4: Herstellungsverfahren von Wolframdisulfid
4.1 Traditionelle Produktionsmethoden
4.1.1 Methode der Kalzinierungszerlegung
4.1.1.1 Auswahl der Rohstoffe
4.1.1.2 Sulfidierungsreaktion
4.1.1.3 Hochtemperatur-Kalzination
4.1.1.4 Behandlung von Nebenprodukten
4.1.1.5 Vorteile
4.1.1.6 Nachteile
4.1.1.7 Anwendungsszenarien
4.1.2 Wolframtrisulfid-Sublimationsverfahren
4.1.2.1 Vorbereitung von WS₃
4.1.2.2 Sublimationsbedingungen
4.1.2.3 Entfernung von überschüssigem Schwefel
4.1.2.4 Vorteile
4.1.2.5 Nachteile
4.1.2.6 Anwendungsszenarien
4.2 Moderne Synthesemethoden
4.2.1 Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung
4.2.1.1 Auswahl von Vorläufern
4.2.1.2 Bedingungen für die Hinterlegung
4.2.1.3 Kontrolle der Schichtdicke
4.2.1.4 Vorteile
4.2.1.5 Nachteile
4.2.1.6 Anwendungsszenarien
4.2.2 Hydrothermales/Solvothermes Verfahren
4.2.2.1 Rohstoffe
4.2.2.2 Reaktionsbedingungen
4.2.2.3 Kontrolle der Morphologie
4.2.2.4 Vorteile
4.2.2.5 Nachteile
4.2.2.6 Anwendungsszenarien
4.2.3 Mechanisches Exfoliationsverfahren
4.2.3.1 Peeling-Rohstoffe
4.2.3.2 Ablauf
4.2.3.3 Ausbeute und Reinheit
4.2.3.4 Vorteile
4.2.3.5 Nachteile
4.2.3.6 Anwendungsszenarien
4.3 Optimierung der Wolframdisulfid-Produktionstechnologie
4.3.1 Techniken zur Reinheitsverbesserung
4.3.1.1 Entfernung von Verunreinigungen
4.3.1.2 Nachbehandlungsverfahren
4.3.2 Kontrolle der Partikelgröße
4.3.2.1 Mahlen und Sieben
4.3.2.2 Nanonisierungstechniken
4.3.3 Umweltmaßnahmen
4.3.3.1 Begrenzung der Sulfidemissionen
4.3.3.2 Abwasserbehandlung
4.4 Produktionskosten und -effizienz
4.4.1 Analyse der Rohstoffkosten
4.4.1.1 Preise für Wolframquellen
4.4.1.2 Kosten für die Schwefelquelle
4.4.2 Energieverbrauch und Anforderungen an die Ausrüstung
4.4.2.1 Hochtemperatur-Geräte
4.4.2.2 Optimierung des Energieverbrauchs
4.4.3 Ökonomie der Großproduktion
4.4.3.1 Vorteile der Serienproduktion
4.4.3.2 Strategien zur Kostensenkung
Kapitel 5: Anwendungen von Wolframdisulfid
5.1 Anwendungen in der Schmierung
5.1.1 Festschmierstoffe
5.1.1.1 Umgebungen mit hohen Temperaturen
5.1.1.1.1 Industrielle Hochtemperaturgeräte
5.1.1.1.2 Komponenten des Motors
5.1.1.2 Vakuum-Umgebungen
5.1.1.2.1 Gleitende Bauteile von Raumfahrzeugen
5.1.1.2.2 Vakuumpumpen
5.1.1.3 Hochdruckbedingungen
5.1.1.3.1 Schwere Maschinen
5.1.1.3.2 Hydraulische Systeme
5.1.2 Beschichtungsanwendungen
5.1.2.1 Mechanische Komponenten
5.1.2.1.1 Lager
5.1.2.1.2 Zahnräder
5.1.2.2 Werkzeuge und Matrizen
5.1.2.2.1 Stanzformen
5.1.2.2.2 Schneidwerkzeuge
5.1.2.3 Sprühverfahren
5.1.2.3.1 Trockenfilm-Sprühen
5.1.2.3.2 Plasmaspritzen
5.1.3 Verbundwerkstoffe
5.1.3.1 Fettgemischte Schmierstoffe
5.1.3.1.1 Kfz-Fett
5.1.3.1.2 Industriefett
5.1.3.2 Selbstschmierende Polymere
5.1.3.2.1 Technische Kunststoffe
5.1.3.2.2 Dichtungen
5.2 Anwendungen in der Katalyse
5.2.1 Petrochemische Katalysatoren
5.2.1.1 Hydroentschwefelung
5.2.1.1.1 Entschwefelung von Diesel
5.2.1.1.2 Reinigung von Benzin
5.2.1.2 Hydrodenitrogenisierung
5.2.1.2.1 Verarbeitung von Heizöl
5.2.1.2.2 Starkes Cracken von Öl
5.2.1.3 Reformierende Reaktionen
5.2.1.3.1 Herstellung von Aromen
5.2.1.3.2 Verbesserung der Oktanzahl
5.2.2 Photokatalyse und Elektrokatalyse
5.2.2.1 Abbau organischer Schadstoffe
5.2.2.1.1 Abwasserbehandlung
5.2.2.1.2 Luftreinigung
5.2.2.2 Reaktion der Wasserstoffentwicklung
5.2.2.2.1 Wasserelektrolyse für Wasserstoff
5.2.2.2.2 Herstellung von Wasserstoffkraftstoffen
5.2.2.3 Reaktion der Sauerstoffentwicklung
5.2.2.3.1 Wasserelektrolyse für Sauerstoff
5.2.2.3.2 Katalyse der Wasseroxidation
5.2.3 Nicht unterstützte Katalysatoreigenschaften
5.2.3.1 Hohe aktive Oberfläche
5.2.3.1.1 Nanoskalige aktive Zentren
5.2.3.1.2 Erhöhter katalytischer Wirkungsgrad
5.2.3.2 Design mit langer Lebensdauer
5.2.3.2.1 Stabilität bei hohen Temperaturen
5.2.3.2.2 Vergiftungsresistenz
5.3 Anwendungen in der Elektronik
5.3.1 Halbleiterbauelemente
5.3.1.1 Feldeffekt-Transistoren
5.3.1.1.1 Hochleistungs-Chips
5.3.1.1.2 Geräte mit geringem Stromverbrauch
5.3.1.2 Photodetektoren
5.3.1.2.1 Infrarot-Sensoren
5.3.1.2.2 Detektion von sichtbarem Licht
5.3.1.3 Flexible Elektronik
5.3.1.3.1 Tragbare Geräte
5.3.1.3.2 Flexible Displays
5.4 Anwendungen im Energiebereich
5.4.1 Energiespeicher-Materialien
5.4.1.1 Lithium-Ionen-Batterie-Anoden
5.4.1.1.1 Batterien mit hoher Kapazität
5.4.1.1.2 Schnellladetechnik
5.4.1.2 Natrium-Ionen-Batterien
5.4.1.2.1 Kostengünstige Energiespeicherung
5.4.1.2.2 Großtechnische Anwendungen
5.4.1.3 Superkondensatoren
5.4.1.3.1 Hohe Leistungsdichte
5.4.1.3.2 Schnelles Laden und Entladen
5.4.2 Energieumwandlung
5.4.2.1 Sensibilisatoren für Solarzellen
5.4.2.1.1 Farbstoffsensibilisierte Solarzellen
5.4.2.1.2 Verbesserter Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung
5.4.2.2 Brennstoffzellen-Elektroden
5.4.2.2.1 Wasserstoff-Brennstoffzellen
5.4.2.2.2 Reaktion zur Sauerstoffreduktion
5.4.2.3 Thermoelektrische Werkstoffe
5.4.2.3.1 Erzeugung von Abwärme
5.4.2.3.2 Thermoelektrische Stromerzeugung
5.5 Anwendungen in anderen Bereichen
5.5.1 Luft- und Raumfahrt
5.5.1.1 NASA-zertifizierte Schmierstoffe
5.5.1.1.1 Kritische Bestandteile von Raumfahrzeugen
5.5.1.1.2 Ausrüstung der Raumstation
5.5.1.2 Militärische verschleißfeste Bauteile
5.5.1.2.1 Bewaffnung
5.5.1.2.2 Gepanzerte Fahrzeuge
5.5.1.3 Satelliten-Mechanismen
5.5.1.3.1 Antriebe für Solarmodule
5.5.1.3.2 Positionierung der Antenne
5.5.2 Nanotechnologie
5.5.2.1 Chemische Sensoren
5.5.2.1.1 Gaswarngeräte
5.5.2.1.2 Umweltüberwachung
5.5.2.2 Bioimaging-Sonden
5.5.2.2.1 Fluoreszierende Markierung
5.5.2.2.2 Zelluläre Bildgebung
5.5.2.3 Träger von Arzneimitteln
5.5.2.3.1 Gezielte Verabreichung von Arzneimitteln
5.5.2.3.2 Design der Nanomedizin
5.5.3 Supraleitung und topologische Materialforschung
5.5.3.1 Supraleitende Sprungtemperatur
5.5.3.1.1 Prüfung der Supraleitung bei niedrigen Temperaturen
5.5.3.1.2 Hochtemperatur-Supraleitungspotential
5.5.3.2 Topologisches Isolatorpotential
5.5.3.2.1 Quantencomputing
5.5.3.2.2 Spintronik
Kapitel 6: Anwendungsaussichten von Wolframdisulfid
6.1 Überblick über die globale Marktnachfrage
6.1.1 Marktanteil der Schmierung
6.1.1.1 Bedarf an industrieller Schmierung
6.1.1.2 Wachstum der Automobilindustrie
6.1.2 Wachstum des Elektroniksektors
6.1.2.1 Halbleitermarkt
6.1.2.2 Aufstrebende elektronische Produkte
6.2 Ausblick auf neu entstehende Anwendungsfelder
6.2.1 Grüne Energie
6.2.1.1 Anlagen für erneuerbare Energien
6.2.1.2 Ziele der Klimaneutralität
6.2.2 Intelligente Materialien
6.2.2.1 Adaptive Materialien
6.2.2.2 Intelligente Fertigung
Kapitel 7: Umweltauswirkungen der Herstellung und Anwendung von Wolframdisulfid
7.1 Umweltauswirkungen von Produktionsprozessen
7.1.1 Abgasemissionen
7.1.2 Verschmutzung durch Abwasser
7.1.3 Feste Abfälle
7.1.4 Energieverbrauch und CO2-Fußabdruck
7.1.5 Mögliche ökologische und gesundheitliche Risiken
7.2 Umweltauswirkungen von Anwendungsprozessen
7.2.1 Abfallemissionen
7.2.2 Ausbreitung der Partikel
7.2.3 Lebenszyklus-Management
7.2.4 Mögliche ökologische und gesundheitliche Risiken
7.2.5 Variationsanalyse von Anwendungsszenarien
7.3 Umweltmaßnahmen und -strategien
7.3.1 Abgasreinigung
7.3.2 Abwasserbehandlung
7.3.3 Verwertung fester Abfälle
7.3.4 Partikel-Kontrolle
7.3.5 Grüne Prozessoptimierung
7.3.6 Politische und regulatorische Unterstützung
Kapitel 8: Lieferanten von Wolframdisulfid
8.1 Verifizierter Lieferant – CTIA GROUP LTD Co., Ltd.
Volltextlese：Was ist Wolframdisulfid
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