机械性能
二硫化钼由于其层状结构和低摩擦系数，作为润滑材料表现优异。当剪切应力施加到材料上时，层间滑动耗散能量。在不同的环境中已经进行了大量的工作来表征二硫化钼的摩擦系数和剪切强度。二硫化钼的剪切强度随着摩擦系数的增加而增加。这种特性被称为超级润滑性。在环境条件下，二硫化钼的摩擦系数确定为0.150，相应的估计剪切强度为56.0兆帕。直接测量剪切强度的方法表明，该值接近25.3兆帕。
通过用铬来掺杂二硫化钼可以增加二硫化钼在润滑应用中的耐磨性。掺铬二硫化钼纳米柱的微压痕实验发现，屈服强度从纯二硫化钼（铬含量0%）的平均821兆帕增加至（铬含量50%）的1017兆帕。屈服强度的增加伴随着材料失效模式的改变。虽然纯二硫化钼纳米柱通过塑性弯曲机制失效，但伴随着材料中掺杂剂量增加，脆性断裂模式变得明显。
在二硫化钼中，已经仔细研究了广泛使用的微机械剥离方法，了解从单层到多层薄片分层的机理。发现切割的确切机制是层依赖的。薄于5层的薄片经历均匀弯曲和波纹，而大约10层厚的薄片通过层间滑动分层。超过20层的薄片在微机械解理过程中表现出扭结机制。由于范德华键的性质，这些薄片的分裂也被确定为可逆的。
应用
润滑剂
由于硫化物原子片之间的弱范德华相互作用，MoS2具有低的摩擦系数。MoS2粒度在1-100µm范围内是一种常见的干润滑剂。很少有替代品能在高达350℃时的氧化环境中提供高润滑性和稳定性。对二硫化钼的滑动摩擦试验使用圆盘测试仪上的引脚在低载荷(0.1-2N)下进行，摩擦系数小于0.1。
MoS2通常是需要低摩擦的共混物和复合物的组分。例如，它被添加到石墨中以改善粘附性。使用各种各样的油和润滑脂，因为即使在几乎完全失油的情况下，它们仍保持润滑性，因此在诸如飞机发动机的关键应用中找到用途。添加到塑料中时，MoS2形成强度提高且摩擦减少的复合材料。聚合物填充有MoS2的应用包括尼龙 ( 商品名尼龙)、特氟隆和维斯佩尔（Vespel）。用于高温应用的自润滑复合涂层由二硫化钼和氮化钛组成，使用化学气相沉积。
基于MoS2润滑的应用实例包括两冲程引擎(如摩托车发动机)、自行车杯垫制动器、汽车 CV 和万向节、滑雪蜡和子弹。
二硫化钼防御
二硫化钼在某些情况下用作添加剂润滑脂和干膜润滑剂以提高压力和温度公差，并在基底磨损或迁移后对预期的应用点提供二次润滑。用二硫化钼润滑脂强化的润滑脂有许多好处：非常适合难以到达的区域、减少磨损和磨损、降低运营成本、持久耐用、操作员友好型、环保意识、适用接头和活动部件、防锈、出色的表面渗透性。
催化作用
MoS2用作石化，例如加氢脱硫中脱硫的辅助催化剂。MoS2催化剂的有效性通过添加少量的钴或者镍得到增强。这些硫化物的紧密混合物是负载在氧化铝上。这种催化剂是通过用下列物质处理钼酸盐/钴或镍浸渍氧化铝原位生成的H2S或者等效的试剂。催化作用不发生在微晶的规则片状区域，而是发生在这些平面的边缘。
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