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过渡族金属硫硒化物MX2(M=Nb、Ta、Ti、Mo、W等;X=S、Se)均具有和MoS2同样的层状结构和摩擦学特性，其作为固体润滑剂得到了广泛的研究与应用。Ag/Cu-MoS2/石墨作为常用的电接触复合材料，在使用过程中存在较多问题，如在真空和干燥环境中，Ag/Cu-石墨复合材料摩擦系数高且磨损严重，而以MoS2为固体润滑剂的电接触复合材料虽然具有较低的摩擦系数，但其导电性能差。NbSe2因具有较低的电阻率以及在真空干燥环境下优良的摩擦学性能的特点，而成为新型电接触材料开发的更优选择。因而对NbSe2进行掺杂，改善其导电性或摩擦学性能的研究具有重要的现实意义，且国内外尚未见相关报道。本文以第一性原理计算对Ti/Ta掺杂的NbSe2的导电性进行了基础理论研究，并结合制备Nb1-x(Ti/Ta)xSe2及其铜基复合材料，且研究了Ti/Ta掺杂对NbSe2摩擦学性能的影响。
主要研究工作和成果:
(1)以MaterialsStudio6.0软件的CASTEP程序模块为基础，通过形成能计算分析确定了Ti/Ta在2H-NbSe2中可行的两种掺杂位置，即铌位和层间隙位置;通过对Ti/Ta掺杂NbSe2的能带图、态密度及分波态密度图的分析可知，Ti/Ta的掺杂使NbSe2费米面附近电子态密度增加，即导电性增强。
(2)固相法在750℃成功的合成了NbSe2及Ti/Ta掺杂的Nb1-x(Ti/Ta)xSe2微纳米材料，研究了温度对NbSe2合成的影响，并通过XRD，SEM对产物的成分和微观形貌进行了分析。结果表明:随着Ti的掺杂，样品形貌发生较大改变，10at.％Ti掺杂后，出现了除六方片之外的大量纳米颗粒，15at.％Ti掺杂以后物相不纯，产物变为NbSe2和TixSey的混合物;在Ta掺杂的影响下，样品形貌同样发生改变，15at.％以内的Ta掺杂，样品形貌均具有层状结构。
(3)用粉末冶金方法制备了铜-NbSe2及铜Nb1-x(Ti/Ta)xSe2复合材料。通过铜-NbSe2复合材料的成分及性能测试结果分析可知，添加的NbSe2由于部分与基体Cu反应，复合材料机械强度得到提高，但随着NbSe2添加量的增加，电阻率会明显增加;对润滑剂添加量分别为5wt.％、10wt.％的铜-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2复合材料进行分析，结果表明，在Ti/Ta的掺杂量10at.％时，其铜-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2复合材料机械性能明显改善，且Nb1-x(Ti/Ta)xSe2添加量为5wt.％时，铜-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2导电性明显优于铜基-NbSe2复合材料;对Nb1-x(Ti/Ta)xSe2添加量为5wt.％、10wt.％铜-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2复合材料的摩擦学性能进行了研究，结果表明，Ti/Ta掺杂的铜-Nb1-x(Ti/Ta)xSe2表现出更优的摩擦学性能，且铜-Nb1-xTixSe2在Ti掺杂10at.％时抗磨减摩效果最好，而铜-Nb1-xTaxSe2(x≦0.15)摩擦系数会随着Ta掺杂量的增加逐渐减小。