【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料与元器件，具体涉及一种硼掺杂碳化铌纳米片及其制备方法和应用。
技术介绍
1、忆阻器是一种能反映出电荷与磁通量之间关系的新型元件。与普通电阻不同，忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，即使在撤去外加电压或者电流的情况下，器件仍然能够保持存储的信息不被丢失。
2、忆阻器的阻变特性是指忆阻器在外加电压作用下，其电阻状态会随之发生改变的特性，这种特性通常使得忆阻器可以拥有多个电阻状态。忆阻器在直流电压作用下测得的电流电压(i-v)特性曲线具有滞回现象。根据i-v曲线的不同，可以将忆阻器分为两种类型：数字阻变忆阻器和模拟阻变忆阻器。数字阻变忆阻器是指器件的电阻是突然变化的，高低阻的阻值一般具有几个数量级差异。模拟阻变忆阻器是指器件的电阻是缓慢变化的，器件具有一系列可调的连续状态，这种阻变特性与生物体内神经突触的工作机制高度类似，因此具有模拟阻变行为的忆阻器可用于模拟生物突触行为。
3、目前尚未见将碳化铌二维层状材料应用于忆阻器的报道，经研究发现，碳化铌(nb2c)是一种金属碳化物，具有独特的物理和化学性质。碳化铌具有稳定的氯化钠型立方晶系结构，这种结构使得其内部的电子排布和能带结构相对稳定，不易在外界条件下发生显著变化，从而限制了其电阻值的可变范围；同时，碳化铌内部电子易于流动，不易形成阻碍电子传输的势垒或陷阱，因此在外界条件变化时，其电阻值的变化相对较小；此外，在常规条件下碳化铌并不容易发生相变，其相态保持相对稳定，因此不具备显著的阻变性能。如何实现碳化铌的阻变性能，将其应用在忆阻器的制备上，
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是：提供一种硼掺杂碳化铌纳米片及其制备方法和应用，以解决碳化铌无阻变性能，无法用于制备忆阻器的问题。
2、为解决其技术问题所采取的技术方案是，提供一种硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)以铌碳化铝为前驱体制备碳化铌固体；
4、(2)将碳化铌固体溶于四甲基氢氧化铵溶液中进行搅拌反应，再离心，得碳化铌沉淀；
5、(3)将碳化铌沉淀溶于水并进行超声剥离，离心取上清液，冷冻干燥后得碳化铌粉末；
6、(4)将碳化铌粉末溶于水中，得溶液a；
7、(5)将硼酸溶于溶液a中并搅拌，得悬浮液b；
8、(6)将悬浮液b转移至高压釜中反应，取出后洗涤并干燥，得硼掺杂碳化铌粉末；
9、(7)将硼掺杂碳化铌粉末进行机械剥离并转移至二氧化硅衬底上，即得硼掺杂碳化铌纳米片。
10、本专利技术采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术中，利用四甲基氢氧化铵(tmaoh)作为插层剂，对碳化铌(nb2c)进行插层处理；四甲基氢氧化铵能够插入到碳化铌的层状结构中，增加层间距，削弱层间相互作用，这种插层处理不仅有助于后续步骤中碳化铌的剥离，还能在一定程度上改变碳化铌的物理和化学性质。再将其溶于水进行超声剥离，可以将插层后的碳化铌层状结构有效地剥离成更薄的纳米片或纳米颗粒。采用硼进行掺杂，硼掺杂是一种受主掺杂，硼掺杂后取代了碳化铌中的c原子；硼原子有三个价电子，当它和周围的四个碳原子形成共价键时，还缺少一个电子，须从别的碳原子中夺取一个电子，使得碳化铌中形成一个空穴；而硼原子接受电子后形成带负电的硼离子，带负电的硼离子与带正电的空穴产生静电引力作用；当用硼掺杂碳化铌制备忆阻器后，给忆阻器施加电压时，空穴就会挣脱这种束缚力跃迁到价带形成导电空穴，因此，硼掺杂碳化铌的导电能力增强，忆阻性能提高。
11、优选的，步骤(1)包括以下步骤：将铌碳化铝溶于氢氟酸溶液中进行搅拌反应，再离心取沉淀，真空干燥后得碳化铌固体。
12、更优选的，铌碳化铝与氢氟酸溶液的料液比为1g:15～25ml；搅拌反应的温度为55～65℃，时间为46～50h。
13、更优选的，铌碳化铝与氢氟酸溶液的料液比为1g:20ml；搅拌反应的温度为60℃，时间为48h。
14、优选的，步骤(2)中碳化铌固体与四甲基氢氧化铵溶液的料液比为1g:15～25ml；步骤(2)中搅拌反应的温度为25～30℃，时间为23～25h。
15、更优选的，步骤(2)中碳化铌固体与四甲基氢氧化铵溶液的料液比为1g:20ml；步骤(2)中搅拌反应的温度为25℃，时间为24h。
16、优选的，步骤(1)、步骤(2)及步骤(3)中离心转速均为3000～4000r/min，时间均为25～35min。
17、更优选的，步骤(3)中超声剥离功率为90～100w，时间为25～35min，温度为25～30℃。
18、优选的，悬浮液b中碳化铌粉末与硼酸的质量比为1:150～160。
19、更优选的，悬浮液b中碳化铌粉末与硼酸的质量比为1:154.58。
20、更优选的，步骤(5)中搅拌为磁力搅拌，温度为室温，时间为25～35min。
21、优选的，步骤(6)包括以下步骤：将悬浮液b转移至内衬特氟龙的不锈钢高压反应釜中于180～220℃下反应4.5～5.5h，取出后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇分别洗涤2～3次，于65～75℃下干燥11～13h，得硼掺杂碳化铌粉末。
22、更优选的，步骤(6)包括以下步骤：将悬浮液b转移至内衬特氟龙的不锈钢高压反应釜中于200℃下反应5h，取出后冷却至室温，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，于70℃下干燥12h，得硼掺杂碳化铌粉末。
23、本专利技术还提供了上述制备方法制备的硼掺杂碳化铌纳米片。
24、本专利技术还提供了上述硼掺杂碳化铌纳米片在制备忆阻器器件中的应用。
25、优选的，硼掺杂碳化铌纳米片在制备忆阻器器件中的应用，包括以下步骤：
26、将硼掺杂碳化铌纳米片置于匀胶机上，并在衬底表面滴加1～2滴光刻胶，进行两次匀胶，烘干备用；使用光刻机在硼掺杂碳化铌纳米片两端光刻、曝光并显影，取出烘干；将烘干的硼掺杂碳化铌纳米片放在溅射仪载物台并调好整载物台的高度，使用高纯au靶材溅射2～3次，每次15～20s；再使用丙酮浸泡10～15min，去离子水洗后超声，干燥，即得au/b-nb2c/au忆阻器器件。
27、本专利技术采用上述技术方案的有益效果为：采用惰性金属au作为忆阻器器件的电极，相比于常用的pt，au的功函数低，其与硼掺杂碳化铌纳米片接触的肖特基势垒小，使得接触电阻小。
28、更优选的，两次匀胶包括以下步骤：于400～600r/min下匀胶15～25s，再于900～1100r/min下匀胶25～35s；曝光时间为10～20s；显影时间为0.5～1.5min。
29、本专利技术具有以下有益效果：
30、(1)本专利技术通过硼掺杂使得原本不具有阻变性能的碳化铌表现出较好的模拟阻变性能，制备的硼掺杂碳化铌可较好的用于制备忆阻器器件。
31、(2)本专利技术的硼掺杂碳化铌纳米片本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：将铌碳化铝溶于氢氟酸溶液中进行搅拌反应，再离心取沉淀，真空干燥后得碳化铌固体。
3.如权利要求2所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述铌碳化铝与氢氟酸溶液的料液比为1g:15～25mL；所述搅拌反应的温度为55～65℃，时间为46～50h。
4.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳化铌固体与四甲基氢氧化铵溶液的料液比为1g:15～25mL；所述步骤(2)中搅拌反应的温度为25～30℃，时间为23～25h。
5.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述悬浮液B中碳化铌粉末与硼酸的质量比为1:150～160。
6.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)包括以下步骤：将悬浮液B转移至内衬特氟龙的不锈钢高压反应釜中于180～220℃下反应4.5～5.5h，取出
7.采用权利要求1～6任一项所述的制备方法制备的硼掺杂碳化铌纳米片。
8.权利要求7所述的硼掺杂碳化铌纳米片在制备忆阻器器件中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述两次匀胶包括以下步骤：于400～600r/min下匀胶15～25s，再于900～1100r/min下匀胶25～35s；所述曝光时间为10～20s；所述显影时间为0.5～1.5min。
...【技术特征摘要】
1.一种硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：将铌碳化铝溶于氢氟酸溶液中进行搅拌反应，再离心取沉淀，真空干燥后得碳化铌固体。
3.如权利要求2所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述铌碳化铝与氢氟酸溶液的料液比为1g:15～25ml；所述搅拌反应的温度为55～65℃，时间为46～50h。
4.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳化铌固体与四甲基氢氧化铵溶液的料液比为1g:15～25ml；所述步骤(2)中搅拌反应的温度为25～30℃，时间为23～25h。
5.如权利要求1所述的硼掺杂碳化铌纳米片的制备方法，其特征在于，所述悬浮液b中碳化铌粉末与硼酸的质量比为1:150...
【专利技术属性】
技术研发人员：接文静，苟靖茜，涂秀山，谢燕，
申请(专利权)人：四川师范大学，
类型：发明
国别省市：
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