Molybdän(IV)-sulfid

Molybdän(IV)-sulfid, auch Molybdändisulfid genannt, mit der Formel MoS₂, ist ein grauschwarzes, kristallines Sulfid des chemischen Elements Molybdän. Es ist im Wasser und in verdünnten Säuren unlöslich. Es kann nur unter erhöhtem Druck geschmolzen werden (2107 °C/81.000 hPa). In der Natur kommt es als Mineral Molybdänit (Molybdänglanz) vor.

Eigenschaften

Molybdändisulfid

Die Struktur des Molybdän(IV)-sulfids ist graphitartig, d. h. eine Schichtung von Molybdän- und zwischenliegenden Schwefelteilchen ähnlich einem Sandwich. Aufgrund der raumparallelen Anordnung sind die Schichten leicht gegeneinander verschiebbar, was zu einem schmierenden Effekt führt. Die Schichtstruktur erlaubt es, quasi zweidimensionale Kristalle (ähnlich denen des Graphens) herzustellen^[2]. Wie Graphit ist hexagonales Molybdän(IV)-sulfid ein Halbleiter und diamagnetisch.^[3] Seine Bandabstandsenergie beträgt 1,2 eV, bei atomar dünnen Schichten (Monolagen) erhöht sich dieser Wert auf 1,8 eV.^[4]^[5]^[6]

Verwendung

Fein pulverisiertes Molybdän(IV)-sulfid mit Teilchengrößen zwischen 1 und 100 µm ist ein technisches trockenes Schmiermittel. Es wurde in den 1940er Jahren zuerst von der Firma Dow Corning unter dem Handelsnamen „Molykote“ vermarktet, der auch heute noch synonym für Molybdän(IV)-sulfid steht. Bei Dow Corning werden jedoch heute auch andere Spezialschmierstoffe so genannt. An der Luft wird es schon ab 315 °C oxidiert. Unter Ausschluss von Sauerstoff ist die Anwendung bis 1100 °C möglich.

Es wird häufig verschiedenen Schmierölen beigemengt, was zu einer Verbesserung der Gleitfähigkeit führt. Dies führt neben einer längeren Lebensdauer von Maschinenbauteilen auch zur Schadensvorbeugung bei plötzlichen totalen Ölverlusten. Dabei kann die Schmierwirkung aufgrund der Haftwirkung des Öls eine Zeit lang aufrechterhalten werden, was z. B. bei Flugzeugtriebwerken und sonstigen lange nachlaufenden Triebwerken und Turbinen wichtig ist (siehe auch Notlaufeigenschaft).
Ebenso finden mit Molybdän(IV)-sulfid angereicherte Fette Verwendung an Bauteilen, welche schwer zugänglich sind und so die Wartungsintervalle sehr groß sind (wartungsfreie Verbindungen, Gelenkkonstruktionen etc.).
Auch wird es bei der Massivumformung und generell bei Umformverfahren (Kalt-, Halbwarm- und Warmumformung) eingesetzt. Es wird oft beim Bondern aufgebracht. Dies geschieht meistens mit einer Trägerschicht, auf der dann das Molybdän(IV)-sulfid aufgebracht wird. Oft passiert das auch durch „Trommeln“. Dabei kommen die Teile in eine Art Waschmaschinentrommel und tauchen in das Bad ein, die Trommel verbleibt einige Zeit im Medium und dreht sich dabei. Die Teile drehen sich mit und benetzen sich mit Molybdän(IV)-sulfid. Der Vorteil in der Massivumformung gegenüber normaler Seife ist die höhere Temperaturbeständigkeit des Festschmierstoffes. Ebenfalls zum Einsatz kommt es bei hohen Umformtemperaturen ≥ 200 °C (vor allem bei der Kaltmassivumformung), bedingt durch sehr hohe Umformung und somit hoher Reibung im Werkzeug.
Es wird auch als schmierender Zusatz in speziellen Kunststoffen verwendet, vornehmlich bei Nylon und Teflon.
Molybdän(IV)-sulfid wird auch zur Beschichtung von Geschossen von Feuerwaffen kleineren Kalibers verwendet. Die Beschichtung führt zu einer geringeren Reibung zwischen Geschossmantel und Lauf. Hierdurch wird zum einen die Verschmutzung des Laufs durch Blei- oder Tombakreste verringert, zum anderen die Geschossgeschwindigkeit erhöht und in Summe die ballistischen Eigenschaften verbessert.
Am Oak Ridge National Laboratory wurden selbstschmierende zusammengesetzte Schichten für Hochtemperaturanwendungen entwickelt. Dabei wird durch Kondensation des chemischen Dampfes von Molybdän(IV)-sulfid und Titannitrid eine Schmierschicht auf der Bauteiloberfläche erzeugt.
Nanostruktiertes Molybdän(IV)-sulfid wird als Katalysator als Ersatz für Platin in Brennstoffzellen untersucht.

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Eintrag zu Molybdän(IV)-sulfid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. September 2007 (JavaScript erforderlich)
↑ C. Lee et al.: Frictional Characteristics of Atomically Thin Sheets. In: Science 328, 2010, S. 76–80.
↑ Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): Lexikon der Chemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.
↑ B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti & A. Kis: Single-layer MoS₂ transistors. In: Nature Nanotechnology. Nr. 6, 2011, S. 147-150.
↑ Kam, K. K. & Parkinson, B. A.: Detailed photocurrent spectroscopy of the semiconducting group VI/B transition metal dichalcogenides.. In: J. Phys. Chem.. Nr. 86, S. 463–467 (1982).
↑ Mak, K. F., Lee, C., Hone, J., Shan, J. & Heinz, T. F.: Atomically thin MoS₂: a new direct-gap semiconductor.. In: Phys. Rev. Lett.. Nr. 105, 136805 (2010).

Weblinks

Commons: Molybdenum disulfide – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
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[GESTIS-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 ^1,4 Eintrag zu Molybdän(IV)-sulfid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. September 2007 (JavaScript erforderlich)

[2] C. Lee et al.: Frictional Characteristics of Atomically Thin Sheets. In: Science 328, 2010, S. 76–80.

[LdC-3] Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): Lexikon der Chemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.

[4] B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti & A. Kis: Single-layer MoS₂ transistors. In: Nature Nanotechnology. Nr. 6, 2011, S. 147-150.

[5] Kam, K. K. & Parkinson, B. A.: Detailed photocurrent spectroscopy of the semiconducting group VI/B transition metal dichalcogenides.. In: J. Phys. Chem.. Nr. 86, S. 463–467 (1982).

[6] Mak, K. F., Lee, C., Hone, J., Shan, J. & Heinz, T. F.: Atomically thin MoS₂: a new direct-gap semiconductor.. In: Phys. Rev. Lett.. Nr. 105, 136805 (2010).

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