由于无机类富勒烯(IF)纳米颗粒和纳米管独特的结晶形态以及 有趣的物理性质，它们很具吸引力。特别是，钼和钨的二硫化物属于 一类适用于液体不适用的真空、空间和其他应用场合的固体润滑剂。 类富勒烯纳米颗粒可用作高级固体润滑剂，例如用作流体的添加剂以 及用于自润滑。
MS2(M＝M0、W)层状化合物可通过各自的三氧化物在还原气氛中在 升温下硫化来合成。中空MoS2和WS2洋葱状(无机类富勒烯，IF)纳 米颗粒首先在薄膜(约20纳米)中观测到，它们通过各自的无定形 MO3膜在还原气氛中在约850℃下硫化来形成(Tenne，R.，Margulis，L.， Genut，M.和Hodes，G.，自然360，444(1992)；Margulis，L.，Salitra，G.， Tenne，R.，和Talianker，M.，自然365，113(1993))。在纯IF相合 成的研究中，提出用氧化物粉而不是薄膜作为前体材料。但是，MO3粉在700℃以上汽化，而W03一直到1400℃也不升华。所以，在相关的 反应温度(约850℃)下，MoO3和WO3粉的还原/硫化反应分别通过气 相反应(GPR)和固、气反应(SGR)出现。
在GPR的情况下，最终反应产物的尺寸和形状只与反应器中一般 的条件有关，因为MoO3作为(MoO3)3-5分子簇汽化(Magneli，A.，无机 核化学杂志2，330(1956))。本发明一些发明人的早期报告中使用 的反应器(Feldman，Y.，Wasserman，E.，Srolovitz，D.J，和Tenne，R.， 科学267，222(1995))是十分简单的。使三种气体(N2、H2、H2S) 的混合物流过MoO3蒸汽区。IF-MoS2粉末和大量通过GPR得到的其他氧 化物和硫化物相一起出现在反应器壁上，当0-5微米的MoO3粉末晶体 用作前体时。为了调整GPR过程和提高IF-MoS2的产率，决定将硫化反 应与MoO3粉的升华分开，反应器的几项改进能在一次操作中制备几毫 克差不多纯的IF相(Feldman，Y.，Wasserman，E.，Srolovitz，D.J.和 Tenne，R.，科学267，222(1995))通过改变热处理时间，可识别出 反应的中间产物。
应当认识到，根据在钼或钨体系中IF相生长的已知机理，WO3粉 同时还原和硫化的动力学分析基于在氧化物纳米颗粒周围第一弯曲硫 化物层(0001)快速生长的独特推动力的出现。根据该动力字模型， 还原和硫化过程之间的协合作用出现在很窄的参数范围内，它导致第 一密闭硫化物层的生成(Feldman，Y.，Lyakhovitskaya，V.和Tenne，R.， 美国化学会杂志，120，4176(1998))。在这一模型的基础上，本发 明人估计了生成小的(10-30纳米)或大的(100-200纳米)WS2、WSe2和WTe2材料IF的温度范围；实验结果表明，与“协合作用”模型的预 期十分一致[Feldman，Y.，Lyakhovitskaya，V.和Tenne，R.，美国化学 会杂志，120，4176(1998)；Tenne，R.，Homyonfer，M.和Feldman，Y.， 金属和半导体簇团的进展，M.A.Duncan编辑，JAI Press Inc.4，227(1997)]。各自氧化物硫化、生长模型的一般原理也成功地 用于其他层状体系中IF的生长，象VS2、In2S3和 SnS2[Tsirlina，T.，Feldman，Y.，Homyonfer，M.，Sloan，J.，Hutchison， J.L.和Tenne，R.，富勒烯科学与技术，6，157(1998)； Homyonfer，M.，Alperson，B.，Rosenberg，Yu.，Sapir，L.，Cohen，S.R.Ho des，G和Tenne，R.，美国化学会杂志，119，2693(1997)]。
在这里必需指出，IF(包括纳米管)生成的方法为“化学”方法， 也就是对于这些纳米颗粒的生长来说，化学反应是必不可少的。本发 明的发明人在这一早期工作以后，最近几篇有关用其他“化学”方法 合成MoS2纳米和微米管的论文出现在文献中[Remskar，M.，Skraba，Z.， Cleton，F.，Sanjines，R.和Levy，F.，表面评论通讯，5，423(1998)； Remskar，M.，Skraba，Z.，Regula，M.，Ballif，C.，Sanjines，R.和 Levy，F.，材料进展，10，246(1998)；Vollath，D.和Szabo，D.V.，材 料通讯，35，236(1998)；Zelenski，M.和Dorhout，P.K.，美国化学 会杂志，120，734(1998)]。
应当强调，用“物理”方法合成碳富勒烯包含很小原子片的弯曲 接着周围原子的悬空键的湮没，一个由高速能量消散引起的过程。现 在表明，IF-MoS2也可通过“物理”方法制得，例如电子束辐射 (Jose-Yacaman，M.，Lorez，H.，Santiago，P.，Galvan，D.H.，Garzon，I. L.和Reyes，A。，应用物理通讯，69，8，1065(1996))或普通MoS2粉的激光消融(Parilla，P.A.，Dillon，A.C.Jones，K.M.，Riker， G.，Schulz，D.L.，Ginley，D.S.和Heben，M.J.，自然397，114(1999)) 或从扫描遂道显微镜顶端通过无定形MoS3纳米颗粒的短电子脉冲 (Homyonfer，M.，Mastai，Y.，Hershfinkel，M.，Volterra，V.，Hutchiso n，J.L.和Tenne，R.，美国化学会杂志，118，33，7804(1996))。最 近在960℃下在还原气氛中加热NiCl2以后观测到包括纳米管在内的 IF-NiCl2(Rosenfeld-Hacohen，Y.，Grunbaum，E.，Sloan，J.，Hutchison， J.L.和Tenne，R.，自然395，336(1998))。但是，在这些情况下， IF的产率不高，不能与“化学”方法制得的大量纯IF-WS2(MoS2)相 相比。
第一个用于合成宏观数量的IF-WS2的SGR反应器于1996年在上述 反应机理的基础建立。为了提高反应物(氧化物)的数量和使其全部 表面暴露到气体中，将一束石英管放在主石英管(40直径毫米)内， 并将氧化物粉松散的分散在各管中。将反应器送入水平炉内，并将粉 末放在恒温区(约850℃)内。H2/N2+H2S气体流通过每一装有粉末的 管子。它在SGR过程中为整个氧化物粉末的反应创造了相当相同的条 件。通常，在单次批料(3小时)中，可制得约0.4克IF-WS2，转化 率几乎100％。
用X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析前体(氧 化物)粉末和反应产物。本发明人指出，前体氧化钨纳米颗粒的大小 和形状决定在SGR合成中IF-WS2的大小。合成IF-WS2的原料为WO3粉 (纯度大于99％)，几乎都为小于约0.2微米的球形颗粒。较大颗粒 尺寸的氧化物粉末主要转化成2H-WS2相。而且，如果粉末的装填太紧 密，那么主要制得2H-WS2小片。这一事实要求很好控每一批料后IF 的质量。
以前假设，IF纳米颗粒的摩擦性质与其结构有密切关系 [Rapoport，L.，Bi1ik，Yu.，Feldman，Y.，Homyonfer，M.，Cohen，S.R.和 Tenne，R.，自然，387，791(1997)；还参见，自然387，761(1997)； Rapoport，L，.Feldman，Y.，Homyonfer，M.，Cohen，H.，Sloan，J.，Hutchi son，J.L.和Tenne，R.，摩擦，225-229，975(1999)]通常，球形IF 纳米颗粒有优于其2H对应物的摩擦性质，而当失去球形时，其性能迅 速变坏。所以，预计更多的球形IF-WS2纳米颗粒会很好地起固体润滑 剂作用。此外，在两个有较高表面粗糙度的毛面金属表面之间摩擦的 情况下，较大的IF应为更好的润滑剂。

因此，在本专业中存在促进和优化固-气化学反应的需要，所述的 反应使可得到的无机类富勒烯纳米结构物的数量增加。
因此，本发明提供了这样一种新反应器，它可使包括窝形的类富 勒烯结构物和WS2纳米管在内的IF-WS2的产量增加两个数量级以上。 下降床反应器特别是流化床反应器为得到由氧化物前体合成IF的差 不多理想的生长条件铺平了道路。结果，生成的IF纳米颗粒有更加均 匀的球形形状，并可生长到更大的尺寸(直到0.5微米)。同样，生 成的纳米管有均匀的尺寸分布。预计由下降床反应器或流化床反应器 生产的相对球形的IF-WS2纳米颗粒比以前报导的有更好的摩擦性质。
因此，根据本发明的一个方面，提供了这样一种用于生产无机类 富勒烯(IF)纳米颗粒和纳米管的设备，所述的设备包括-化学反应 器，它与进料设备和温控设备相连系，后者用于控制反应器内沿反应 通道的温度，以便使温度维持在基本上不变，所述的化学反应器包括： (i)一条提供从进料设备到反应通道的反应用金属氧化物粉和惰性助 流气体混合物的连续流的流动管线；它沿反应通道延伸； (ii)至少一个将反应气体送入反应通道的入口，以便使反应气体沿 反应通道流动，在相互作用的材料沿反应通道流动的过程中，反应气 体和所述的混合物之间的相互作用使IF纳米结构物和纳米管生成； (iii)至少一个用于收集反应气体的出口；以及 (iV)至少一个位于反应器另一端的收集器，用于回收生成的IF纳米 结构物或纳米管。
进料设备包含柔软部分，通过它将进料设备与反应器的流动管线 相连。进料设备有两个沿进料混合物轴排列的弹性相连的容器，每一 个容器在其底部有一筛网，并安装在一振动组件上，下面一个容器与 反应器的流动管线相连。反应通道可沿反应器的竖轴延伸，因此至少 一个收集器位于反应通道的底部。提供由惰性气体助流的反应气体的 入口位于反应通道的上游。在一优选的实施方案中，这一提供反应气 体的入口位于反应通道的下游，而用惰性气体帮助反应气体流向和流 过反应通道。沿反应通道的温度应恒定，并可从约750℃变化到约850 ℃。生成的纳米颗粒可为IF-WS2纳米颗粒或IF-WS2纳米颗粒和WS2纳 米管的组合物。
根据本发明的另一方面，提供了一种生产WS2类富勒烯纳米颗粒和 纳米管的合成方法，所述的方法包括以下步骤： (i)提供确定沿反应通道有预定温度条件的反应通道的化学反应器； (ii)将反应用氧化钨粉末和惰性气体的混合物按预定的进料速率以 及进料反应气体送入化学反应器，以便提供连续的混合物流和通过反 应通道的气体； (iii)使预定的温度基本上维持不变，从而在通过反应通道的流动过 程中在反应气体和氧化钨粉末之间进行固-气反应，生成至少一层WS2涂覆的WO3-X簇团，在簇团内部氧化物被硫化物进一步交换，从而生成 WS2纳米结构物以及 (iv)收集生成的WS2纳米结构物。
反应用氧化钨粉的进料速率根据化学反应器的尺寸来选择，从而 制得纳米颗粒形成的WS2纳米结构物，或纳米颗粒和纳米管的组合物。 进料速率的范围为约3毫克/分至约120毫克/分，反应气体为H2和H2S， H2气体的浓度为约0.2％(重/体)至约7％(重/体)，而H2S气体的浓 度为约0.1％(重/体)至约6％(重/体)。通过预先确定适合的进料速 率和适合的浓度，或可仅制得IF-WS2纳米颗粒，或可制得WS2纳米管 和IF-WS2的纳米颗粒的组合物。生成的纳米颗粒都为基本上完整的球 形，尺寸直到0.5微米。可制得的纳米管长度直到几百微米，截面大 小直到200纳米。

为了理解本发明以及了解它在实践中如何进行，现参考附图来描 述一优选的实施方案，它仅作为一个非限制性例子，在附图中：
图1为适用于本发明设备的两段电磁振动进料设备；
图2A和2B分别说明包括图1设备的下降床反应器的图示以及沿 反应器的竖轴的温度分布图；
图2C说明在本发明反应器中生产的并用作生产WS2纳米管的前体 的W5O14须状物的TEM图；
图3A和3B分别说明包括图1的设备的流化床反应器的图示以及 沿反应器竖轴的温度分布图；
图4A和4B说明典型的IF-WS2纳米颗粒和高放大倍数的两种 IF-WS2纳米颗粒的TEM图；
图5为一组IF-WS2纳米颗粒的SEM图；以及
图6说明IF-WS2纳米管的典型TEM图。

本发明涉及一种优化生产无机类富勒烯纳米颗粒和纳米管的方 法。合成途径为固-气反应，两种反应器(下降床反应器和流化床反应 器)用于生产纳米颗粒或纳米管。
在本发明反应器中出现的生成纳米颗粒和纳米管的化学反应如 下。借助N2流将金属氧化物WO3纳米颗粒作为团聚物从进料设备送入 下游。下降的WO3团聚物与H2和H2S的混合物相互作用。较轻的H2比 H2S扩散更快，首先与下降的WO3相互作用，使团聚物部分还原。同时， WO3与H2S流相互作用，因此WO3团聚物与H2和H2S气总的相互作用使 得在每一纳米颗粒的周围生成完全紧密的WS2单分子层。从WO3团聚物 下降到反应器顶部(此过程借助N2)开始到所生成的WS2涂覆的WO3-X纳米颗粒降到过滤器上(在下降床反应器的情况下)之间的短时间内 在金属氧化物纳米颗粒的表面上生成第一个WS2紧密原子层。对于IF 合成的成功来说，这第一步是必不可少的，因为它使纳米颗粒的表面 纯化并阻止纳米颗粒聚结(一但它们降到反应器底部时)。在流化床 反应器的情况下，不出现氧化物簇团的团聚，因为在整个反应过程中 纳米颗粒都在气体气氛中流化。
在完全紧密的WS2单分子层形成过程中(几秒钟)，氧化物芯被氢 相当迅速的还原与氧的快速去插入和晶体剪状物即一行棱边共享的八 面体的生成一起出现。在下一步骤中，出现硫的缓慢插入和扩散，WO3因此转化成硫化钨。后一过程可持续30-300分钟，视纳米颗粒的尺寸 和反应温度而定。在小于100纳米的纳米颗粒的情况下，这后一过程 可持续60-120分钟。相对大的氧化物颗粒(约0.5微米)的应用(其 中硫的插入相当缓慢)以在本过程结束时加入在950℃下的热处理步 骤(5小时)为条件，以便使氧化物芯完全转化成硫化钨。
因此，IF-WS2颗粒的尺寸由开始的WO3纳米颗粒的尺寸来决定。此 外，生成的IF-WS2纳米颗粒的几何形状由经还原的W0S3颗粒的几何形 状，H2S初始的相互作用和硫原子置换氧原子的进一步扩散来决定。
因此显然，WS2纳米管的生成机理稍有不同，因为反应用WO3颗粒 的初始几何形状已反映它的最终结构。在IF-WS2纳米管的生成中，初 始的WO3颗粒在反应器中存在的稍潮湿的环境下相互作用，通过金属氧 化物纳米颗粒被存在的H2还原就地生成，得到WO3-X(H2O)y颗粒。这 些颗粒经升华和冷凝，生成W5O14纳米颗粒，呈须状物(针状物)。然 后将生成的须状物用H2气部分还原，并进一步与H2S气相互作用，生 成完全被第一硫化物层覆盖的W18O49芯(A.Rothschild，J.，Sloan和 R.Tenne，美国化学会杂志，122，5169(2000))。当下一步骤在IF-WS2纳米颗粒生成中发生时，这一步骤的确如此，也就是内层氧化物转化 成硫化物层的缓慢扩散受控反应。
应当认识到，IF-WS2的生长机理以十分详细的方式说明[上述的论文： Feldman，Y.，Frey，G.L.，Homyonfer，M.，Lyakhovitskaya，V.，Margulis， L.，Cohen，H.，Hodes，G.，Hutchison，J.L.和Tenne，R.，美国化学会杂 志，118，5362(1996)；Feldman，Y.，Lyakhovitskaya，V.和Tenne，R.， 美国化学会杂志，120，4176(1998)]，所以在这里不详细描述。已 发现，在某些条件下，氧化物纳米颗粒的同时还原和硫化生成IF-WS2。
但是，看来如果某些工艺参数改变以及上述两个过程中一个占优 势，那么不能合成类富勒烯颗粒。特别是，在反应室中的任何点，氢/ 硫浓度比与规定数值不同都很可能生成2H-WS2颗粒。所以，三种气体 的均匀混合物浸没每一氧化物纳米颗粒，特别是在反应的第一瞬间， 它是十分重要的。本发明的下降床反应器和流化床反应器是最适合的 和最佳的，能确保达到所有要求的条件并在整个反应中保持这些条件。
图1说明适用于本发明设备的进料设备10。设备10为电磁振动 设备，以预定的速率将WO3粉分两段送入石英管反应器。该设备由两个 底部分别有筛网12a和14a的玻璃烧杯12和14组成，将一个放在另 一个上。上烧杯12将WO3粗颗粒提供给下一烧杯14，后者然后以几步 将氧化物粉送入反应器。为了做到这一点，用软橡胶球16将上烧杯 12的底部与下玻璃烧杯14的入口相连。类似的软球将下玻璃烧杯14 的底部与反应器的顶部入口相连(这里未示出)。软球16也用来减缓 两个烧杯之间和它们与反应器之间的机械振动。每一玻璃烧杯安装在 电磁振动器18a和18b上(构成振动组件)，它们以完全可控的速率 使各自的玻璃烧杯振动。正如所示，氮气从上到下连续通过进料玻璃 烧杯，并帮助氧化物粉向下运动。
两个玻璃烧杯的振动使称重数量的WO3粉分别通过每一烧杯的底 部的筛网12a和14a下降。较高的电磁振动器的振动速度低于较低的 电磁振动器。但是，因为较高的烧杯12在其底部有更大的尺寸的筛网 12a，所以由于单一振动的结果，它可输送相对大量的材料到较低的烧 杯14中。反过来，较低的烧杯在每一次振动时能输送少得多的材料， 因为其底部有细的筛网14a。通常，上烧杯12的振动速率为1脉冲/ 分，而下烧杯14的振动速率为l5脉冲/分。但是，当上烧杯12可输 送30毫克/脉冲时，下烧杯14仅可输送2毫克/脉冲。
这一电磁振动设备10确保甚至很少量金属氧化物(约0.2克/小 时)连续流入反应器。该设备能使金属氧化物粉在不接触大气的条件 下从上玻璃烧杯12到反应器。氧化物粉的进料速率用计算机控制，可 在约3至约120毫克/分范围内变化。为了防止金属氧化物在某一段中 积累并为反应器提供连续的小流量金属氧化物前体，必需仔细选择进 料参数(筛网尺寸、振动速率和振幅、气流速率等)。
图2A说明本发明用于合成IF纳米颗粒和纳米管的下降床设备20。 设备20为石英管反应器(直径40毫米)，它放置在一立式炉21中(构 成控温设备)。加热炉被这样设计和操作，以便为本发明确定两个加 热段。但是，应当指出，本发明不限于使用两个加热段，这一特定的 加热炉由两个加热段构成，以便使反应器内的温度维持不变。任何使 温度保持不变的设置都是可能的。
电磁振动器10放置在设备(反应器)20的顶部，以便借助N2将 WO3粉送入反应器。反应器20有用于提供反应气体、H2S和H2的混合物 的环形入口22，用N2使混合物流入反应器内。管(流动管线)23使进 料设备10与反应器20的内部相连，从而为反应器提供金属氧化物前 体。过滤器(收集器)24安装在反应器20的底部，以便收集目的产 物。放出的气体通过出口26收集。
共进料器将WO3粉从顶部送入立式反应器20，而混合物(WO3粉和 N2)以相同的方向流动。这一技术能在反应的早期阶段使氧化物纳米 颗粒之间的任何物理接触的可能性减到最小。而且，这一方法提供了 准连续合成方法。在反应器的顶部，下降的金属氧化物粉与在入口22 进入反应器的H2S和N2/H2流相互作用。这一相互作用生成被第一WS2层覆盖的WO3-X纳米颗粒，它被收集在过滤器24上。为了得到IF-WS2 纳米颗粒，WO3的进料量应为约3至约40毫克/分。气体的总流速为约 150毫升/分。H2S和H2流的浓度为约3至约7％(体/重)。在整个反 应通道温度应保持不变(波动为±5℃)。但是，反应通道中的温度可 为约750℃至约850℃，视金属氧化物(WO3)前体的粒度而定。反应 器中的压力为约1.1大气压。压力由位于出口26后面的收集器而定。
图2B说明反应器内沿反应通道(Z轴)的温度分布图。显然，在 不同的过程阶段的温度被维持不变。应当指出，为了完成WO3粉转化成 IF-WS2纳米颗粒，反应参数的准确控制是必不可缺的。沿反应通道温 度的径向差和轴向差不超过±5℃。这样的温差对于IF-WS2合成是允许 的。
在上述实验参数下，在WO3进料提高3-5倍的情况下，即在约40 至约120毫克/分的范围内，WS2纳米管作为与IF-WS2纳米颗粒的混合 物一起制得。另一方面，这样的纳米管与IF-WS2纳米颗粒的混合物可 用约3至约40毫克/分的进料速率制得。但是，在这样一情况下必需 改变其他参数。因此，为了制得WS2纳米管，H2流的浓度应为约0.2 至约4％(体/重)。H2S的浓度应为约0.2至约4％(体/重)。导致生 成纳米管的实验参数的改变影响进行还原的簇团和与H2S的相互作用。
由于这一影响的结果，得到须状物形式的W5O14纳米颗粒(或其他 WO3-X相)。图2C表示作为制备纳米管的就地生成的前体的W5O14须状物 的TEM图。正如上述，虽然没有具体地表明，然后这些生成的须状物 用H2气进行部分还原并与H2S气相互作用，生成完全用第一硫化物层 覆盖的W18O49芯。
因此，生成的粉末、纳米颗粒或纳米管收集在过滤器24上，后者 放在恒定温度通道(根据本实验参数为830℃)的末端，并进一步与 H2S反应，以便制得完全硫化的纳米结构物。
显然，因为过程为准连续的，IF的数量随合成时间而增加。但是， 当每批料的IF数量超过15克时，IF纳米颗粒的质量变差。本发明人 发现，如果粉末在过滤器24上的厚度太大，那么相当大的凝结块开始 出现，因此形成2H-WS2片。这一点可通过使用流化床反应器设备来克 服。
图3A说明这样的流化床设备30，它使用将氧化物粉送入设备内 部的进料设备10来合成IF。设备30为安装在加热炉31内的石英管 反应器。在这里，沿反应器竖轴使用三个加热段。三个加热段的应用 决不是限制；一般来说，使温度沿反应通道保持不变的任何设置都是 可能的。装有长的石英管32和中等管36。管32将进料设备10与管 36内的反应器内部相连，并延伸穿过上加热段和管36内的反应段。 正如所示，管36为有宽部分38的锥形。反应气体、H2和H2S流通过 反应器底部形成的入口34提供。在反应器30中还有放置在管36内部 在恒定温度区(根据本实验条件为830℃)末端的过滤器40和在管36 外的另一过滤器42，用来收集传送到过滤器的小部分粉末。排放的气 体通过出口44排放。
在本实施例中，石英管长60厘米，直径为50毫米。借助氮气流 (约60毫升/分)的WO3氧化物粉末流通过反应器内直径12毫米石英 管32，其长度可为约15厘米至约30厘米(根据本反应器为30厘米)。 反应气体、H2和H2S流从底部开口34进入反应器，并通过直径约22 毫米的中部36向上流入锥形内石英管到其宽部分38。H2S和N2/H2的 气体流速为约100至约200毫升/分。所以，在管的宽部分38的气体 直线流速为约10至约30毫升/分，它为管36的窄部分中的流速的十 分之一。N2和氧化物粉混合物流排出管32，并与H2S和N2/H2气流在锥 形管的宽部分内混合。由于混合，WO3颗粒的还原和硫化开始。基于两 个相对流的速率的混合可能仅在宽部分38内发生，或者可能在窄石英 管32内开始。当H2扩散到管32中受到与WO3颗粒混合的快速氮气流 (100毫升/分)阻碍时，前一选择出现，并生成IF-WS2纳米颗粒。当 有些H2扩散到管32时，后一情况出现，生成还含有纳米管的混合物。 生成的粉末相对于向上的气流方向通过管的宽部分38缓慢向下，一直 到下落的粉末低于管36的窄部分为止。在管36的窄部分中，N2/H2/H2S流的高线速为下落的粉末提供了流化床条件。放在830℃恒温区末端 的过滤器40收集降到过滤器上的小部分粉末。很小部分粉末可能被主气 流吹走，并可能在气体排出的道路上收集在恒温区(现有条件下为830 ℃)末端放置在管外(即反应段外)的另一过滤器42上。但是，大部 分粉末在过滤器上方在管36的窄部分中流化，并留在流化床区域中。 应当认识到，一旦从反应器底部排出的气流中止，在过滤器上方流化 的粉末也降落到过滤器上，从而被收集。
图3B说明反应器30内沿反通道(Z轴)的温度分布，表明在各 工艺阶段温度保持不变。
用这一方法，一批(约20小时)可合成大于约100克紧密的和中 空的IF-WS2纳米结构物。因此，流化床反应器30可作为工业生产IF-WS2的原型。
图4A为用现有技术制得的IF-WS2纳米颗粒的TEM图(图4A(a)) 以及用本发明的反应器20得到的(图4A(b-f))，其中图4A(c、d、 e)表示在0°±40°的角度倾斜样品得到的相同颗粒的不同投影图， 而图4A(f)表示相当大的IF(约400纳米)。图4B表示现有技术的 颗粒(图4B(a))以及放大的图4A的本发明技术的颗粒(图4B(b))。
显然，本发明的IF颗粒的形状十分接近球形。图4A(f)的400 纳米IF颗粒的电子衍射图(它表示在图中央)也为纳米颗粒的类富勒 烯结构。本发明制得的颗粒比传统合成工具制得的有更加完整的球形。 这是缘于这一事实，根据本发明，反应在气相发生，在那里反应的各 向同性环境占优势。因此，更大的氧化物纳米颗粒在气流中流动时， 它们可转变成IF。
图5说明用下降床反应器20得到的实验结果的SEM图，有相当大 的球形IF-WS2纳米颗粒。本发明的技术能制得尺寸一直到0.5微米的 IF颗粒，相比现有技术的反应器制得0.2微米的颗粒。
此外，根据本发明，在这些方法中制得纯IF相(没有外部杂质)。 所以，可避免昂贵的和费时的过滤或纯化过程。
应当认识到，上述基于须状物的纳米管生成的过程与反应器30有 密切关连。用本发明的两种反应器20和30制得的WS2纳米管的最大长 度有几百微米，截面为200纳米。图6说明WS2纳米管的高分辨TEM 图表明生成的纳米管有多层结构，每两个相邻层之间的距离为约6.2 埃。
应当认识到，立式加热炉的应用能使氧化物粉在反应过程中连续 加到反应器中。使用下降床反应器，每批的最大产率为约20克纯IF-WS2相；而用流化床反应器，为大于约100克纯IF-WS2相。还应当认识到， 流化床基本原理适合于放大和适合于生产更大量的纯IF-WS2相。
本发明生成的纳米颗粒和纳米管的稳定性分析表明，在任何情况 下未观测到IF-WS2自发地转化成2H。人们假设，随着IF颗粒的尺寸 增加，颗粒的结构变得更接近(即更小的束缚)2H颗粒。例如，在IF 结构中两个WS2层之间的间隔(c/2)比2H颗粒大。随着IF纳米颗粒 的尺寸增加，这一晶格膨胀减弱。因此预计，IF纳米颗粒越大，IF转 化成2H的稳定性越差。在苛刻的环境条件下，生成的IF的纳米颗粒 破坏的另一可能机理是可能的氧化，它看来比转化成2H片状物更有可 能。另一方面，IF-WS2纳米颗粒尺寸的增加，由于在晶格中应变降低， 导致其氧化温度提高。所以，实际上更大的IF对氧化的稳定性应该更 高。
正如上述，IF纳米颗粒的摩擦性质与其结构密切有关。一般来说， 球形IF纳米颗粒有优于其2H对应物的摩擦性质，但当球形损失时其 性能迅速变差。所以，由下降床(流化床)反应器生产的相对球形的 IF-WS2纳米颗粒能很好地作为固体润滑剂。此外，在有更高表面粗糙 度的两个毛面金属表面摩擦的情况下，更大的IF应该为更好的润滑 剂。我们最近的摩擦测量证实了这些假设。例如，已发现，与相同的 浓度的普通WS2(MoS2)粉和纯的润滑液相比，少量IF-WS2加到润滑液 中使摩擦性能明显改进。
虽然本发明结合具体的实施方案进行了描述，显然对于熟悉本专 业的技术人员根据前面的描述，许多替代方案和变通方案是很明显的。 因此，本发明打算包括所有这些在附后的权利要求书的精神实质和范 围内的替代方案和变通方案。