【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米半导体材料，尤其涉及一种二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片的制备方法。
技术介绍
1、二维过渡金属硫属化合物(transition metal dichalcogenides,tmds)既有分子层之间靠范德华力结合的类似石墨烯的层状结构，又同时存在着分子层之间依靠共价键结合在一起的准层状二维材料。由于其具有丰富的物理与化学性质，因此在物理学基本问题的研究(例如谷电子学、二维超导、二维磁性材料和莫特绝缘体态等)，以及微纳电子和光电子器件、催化和能源存储等领域受到广泛关注。由于tmds材料电子结构的不同，其本征存在的物理与化学性质也会产生很大差别。即使对于同一种材料，由于相态的不同，其导电性也截然不同。例如1t-mos2、1t-mose2、1t-ws2等相对于3r相的相关材料来说，就具有较高的电催化活性和更优异的导电性。
2、由于amx2(a为一价金属离子，m为三价过渡金属或主族元素，x为硫族元素)型离子-电子耦合二维材料多样的原子排布和多种元素特性，展现出了广泛的多铁性、超离子导电特性和磁性，因此在新一代光电器件、神经形态器件等领域都有着广泛的应用。例如，采用化学气相传输法(cvt)和化学气相沉积法(cvd)分别合成cucrs2以及cucrse2并对其进行了相应的性能测试，研究发现他们在室温条件下具有稳定的铁电性能。其中，对两种材料进行器件制备，发现cucrs2材料作为铁电存储器件，开关比可以达到102，并且在2000s后仍然处于稳定状态(参考y. zhou, r. cheng, h. wa
3、然而，很多具有优异特性的非层状材料由于其晶体结构的局限性，缺少二维各向异性生长的驱动力，所以制备非层状材料的二维纳米结构具有很大的挑战性。近期的研究表明，非层状材料的二维结构制备获得了很大的进展。科学家们采用范德华外延技术先后制备出了碲、砷化镓、钙钛矿等材料的二维纳米片状结构（参考q. s. wang, m. safdar,k.xu, m. mirza, z. x. wang, and j. he. van der waals epitaxy andphotoresponse of hexagonal tellurium nanoplates on flexible mica sheets. acsnano, 2014, 8, 7497−7505；y. alaskar, s. arafin, d. wickramaratne, m. a.zurbuchen, l. he, j. mckay, q. lin,m. s. goorsky, r. k. lake, k. l. wang.towards van der waals epitaxial growth of gaas on si using a graphene bufferlayer. adv. funct. mater. 2014, 24, 6629−6638; y. p. wang, y. f. shi, g. q.xin, j. lian, and j. shi, two-dimensional van der waals epitaxy kinetics in athree-dimensional perovskite halide. cryst. growth des. 2015, 15, 4741−4749.）。这些非层状材料二维纳米结构的成功制备丰富了二维材料的数据库，也为其在太阳能电池、晶体管、光电探测器等领域中的应用提供了可能。但目前主要的制备方法还是局限于化学气相传输法(cvt)，这种方法所需真空度较高，实验周期较长，并且对于剥离成薄层二维样品挑战性较大，并且所获得的样品尺寸和形貌具有偶然性，不可控。
技术实现思路
1、为了解决化学气相传输法(cvt)制备所存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片的制备方法，包括：以具有二维层状结构的材料为衬底，采用化学气相沉积法制备所述二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片。
2、本专利技术发现，通过采用具有二维层状结构的材料为衬底，能够利用化学气相沉积法（cvd）制备出比表面积大、厚度更薄的二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片，该制备方法操作简单、重复性高、可控性强，克服了现有技术采用化学气相沉积法(cvd)很难合成出具有天然缺陷的二维纳米片的技术难题。
3、优选地，所述具有二维层状结构的材料为氟晶云母片、石墨烯、氮化硼或硫化钼。
4、优选地，所述化学气相沉积法的具体步骤包括：将所述衬底与过渡金属源放置于管式炉的中部温区，且所述衬底正面朝下（优选倾斜）放置于所述过渡金属源的上方，将含有硫族元素的原料放置于所述管式炉的上游温区，向管式炉内通入惰性气体排出空气后升温，待所述中部温区升温至设定温度后进行化学气相沉积。
5、优选地，所述管式炉的上游温区距离中部温区20~30cm，更优选22~28cm。
6、优选地，当所述中部温区升温至设定温度后，调整含有硫族元素的原料距离所述中部温区8~12cm。
7、优选地，所述设定温度为820℃~880℃。
8、优选地，所述化学气相沉积的时间为8min~15min。
9、优选地，所述过渡金属源包括铬的氯化物、铬粉中的至少一种，更优选为铬的氯化物与铬粉的混合物。
10、优选地，所述化学气相沉积过程中惰性气体的流速为40-60sccm。
11、优选地，所述化学气相沉积后自然冷却至室温，制得所述二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物。
12、优选地，所述惰性气体为氮气、氦气或氖气。
13、优选地，通过加热套对含有硫族元素的原料单独加热，当中部温区的温度升至设定温度后开启加热套，加热套温度设置为180~220℃。
14、优选地，将氟晶云母片衬底直接倒扣在过渡金本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片的制备方法，其特征在于，包括：以具有二维层状结构的材料为衬底，采用化学气相沉积法制备所述二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述具有二维层状结构的材料为氟晶云母片、石墨烯、氮化硼或硫化钼。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法的具体步骤包括：将所述衬底与过渡金属源放置于管式炉的中部温区，且所述衬底正面朝下放置于所述过渡金属源的上方，将含有硫族元素的原料放置于所述管式炉的上游温区，向管式炉内通入惰性气体排出空气后升温，待所述中部温区升温至设定温度后进行化学气相沉积。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述管式炉的上游温区距离中部温区20~30cm，优选22~28cm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述中部温区升温至设定温度后，调整含有硫族元素的原料距离所述中部温区8~12cm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述设定温度为820℃~880℃
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属源包括铬的氯化物、铬粉中的至少一种，优选为铬的氯化物与铬粉的混合物。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积过程中惰性气体的流速为40-60sccm。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，采用表面光滑无悬键的氟晶云母片为衬底，将所述衬底、硝酸银粉末与过渡金属Cr源放置于管式炉的中部温区，且所述衬底正面朝下放置于所述过渡金属Cr源的上方，将硫粉放置于所述管式炉的上游温区，所述管式炉的上游温区距离中部温区20~30cm，向管式炉内通入惰性气体排出空气后升温，待所述中部温区升温至820℃~880℃后，调整硫粉距离所述中部温区8~12cm，调整惰性气体的流速为40-60sccm，进行化学气相沉积8min~15min，制得二维非化学计量比Ag1+xCr1-yS2纳米片。
10.一种二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片，其特征在于，其由权利要求1~9中任一项所述的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片的制备方法，其特征在于，包括：以具有二维层状结构的材料为衬底，采用化学气相沉积法制备所述二维非化学计量比三元过渡金属硫族化合物纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述具有二维层状结构的材料为氟晶云母片、石墨烯、氮化硼或硫化钼。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法的具体步骤包括：将所述衬底与过渡金属源放置于管式炉的中部温区，且所述衬底正面朝下放置于所述过渡金属源的上方，将含有硫族元素的原料放置于所述管式炉的上游温区，向管式炉内通入惰性气体排出空气后升温，待所述中部温区升温至设定温度后进行化学气相沉积。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述管式炉的上游温区距离中部温区20~30cm，优选22~28cm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，当所述中部温区升温至设定温度后，调整含有硫族元素的原料距离所述中部温区8~12cm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述设定温度为820℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：张中石，孟祥敏，夏静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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