[發(fā)明專利]釩摻雜二硫化鎢納米片材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105668636A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 張向華;王出;雷衛(wèi)寧;葉霞;林本才
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C01G41/00
• 分類號: C01G41/00;B82Y30/00
• 代理公司: 重慶百潤洪知識產(chǎn)權代理有限公司 50219
• 代理人: 劉巖

技術領域

本發(fā)明涉及一種釩摻雜二硫化鎢納米片材料及其制備方法，屬于無機材料技術領 域。

背景技術

目前，近年來,過渡金屬硫化物MS₂因其特殊的層狀結(jié)構引起越來越多的研究人員 重視，成為非常熱門的材料種類。MS₂材料具有良好的光、電、潤滑、催化等性能，在 燃料電池、太陽能電池、發(fā)光二極管、傳感器、鋰離子電池、超級電容器、溫差電敏器 件、潤滑劑和存儲器等方面應用非常廣泛。二硫化鎢(WS₂)作為其中一種典型的過渡金 屬硫化物半導體材料一直受到了人們的關注。WS₂化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好,比表面 積大,表面活性高,具有獨特的物理和化學特性，在催化、潤滑、電化學儲鋰等方面都 有著廣泛的應用前景。由于WS₂材料在光電導、發(fā)光、生物傳感器件、場效應管和光催 化領域有著潛在的應用，因此它的能帶結(jié)構對于其應用有著直接的影響。摻雜是半導體 器件或集成電路工藝中最重要的工藝環(huán)節(jié)之一，通過雜質(zhì)種類的篩選和摻雜水平的調(diào) 節(jié)，實現(xiàn)半導體光電特性的可控。最近，人們研究發(fā)現(xiàn)在非磁性的半導體材料中摻入少 量3d族過渡金屬元素或4f族稀土金屬元素將獲得具有鐵磁性能的新型功能材料，這種 新型半導體材料被稱為稀磁半導體(DMS)。由于雜質(zhì)原子的引入，改變了原有半導體的 微觀機制，使其在電、磁等方面展現(xiàn)出極其獨特的性質(zhì)，并且由于它兼有半導體和鐵磁 的性質(zhì)，即在一種材料中同時應用電子電荷和自旋兩種自由度，則易于將半導體的信息 處理與磁性材料的信息存儲功能融合在一起，有望在自旋電子器件中發(fā)揮重要的作用。 正是受到摻雜效應所產(chǎn)生的如此重要的影響，導致人們最近對摻雜改善半導體材料的電 子結(jié)構和性質(zhì)進行了廣泛的理論計算研究。如張昌華等采用基于密度泛函理論的第一性 原理，計算研究了Te摻雜單層MoS₂的電子結(jié)構與光電性質(zhì)；張芳等通過計算研究發(fā)現(xiàn)， Cr摻雜時WS₂能帶結(jié)構由直接帶隙變?yōu)殚g接帶隙，且?guī)秾挾入S著摻雜量的增加而逐漸 減小；Chao等的研究表明，經(jīng)Mn摻雜的單層MoS₂在室溫下可以獲得穩(wěn)定性良好的鐵 磁性能；WeiJianwei等研究了V摻雜對單層WS₂的電學和光學性能的影響。

目前國內(nèi)外對摻雜改善半導體材料的性能方面的研究主要集中在理論計算上，但也 有少量的研究集中在材料的制備及相關應用性能上。如YadgarovL等制備了錸摻雜 IF-MoS₂納米顆粒，并對其摩擦學性能進行了研究。中國科學研究院蘭州化學物理研究 所的劉維民教授研究團隊針對摻雜對WS₂薄膜在真空或潮濕空氣條件下的摩擦學性能 展開了一系列的研究，研究了Cu、Ag和Ni三種不同的金屬元素摻雜后對WS₂薄膜的摩 擦學性能的影響，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻雜能顯著提高WS₂薄膜的減摩和抗磨性能，他們所采 用的制備方法是直接將摻雜的金屬材料與WS₂通過濺射的方法形成薄膜。基于金屬摻雜 WS₂納米材料的研究現(xiàn)狀，我們對V摻雜WS₂納米材料的制備方法進行了研究，設計了 一種新的制備方法及納米材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種釩摻雜二硫化鎢納米 片材料，它不僅工藝簡單、成本低，而且能夠顯著提高其制備的薄膜的減摩和抗磨性能。

本發(fā)明解決上述技術問題采取的技術方案是：一種釩摻雜二硫化鎢納米片材料的制 備方法，該方法的步驟中含有：

(1)將單質(zhì)釩粉、黃鎢酸和硫脲按摩爾比為(0.25-0.5):1:(50-100)配比混合后研磨；

(2)然后將研磨后的粉末經(jīng)過恒溫處理；

(3)再冷卻得到釩摻雜二硫化鎢納米片材料。

進一步，在所述的步驟(1)中，研磨時間為10～20min。

進一步，在所述的步驟(2)中，恒溫處理的溫度為900℃～1100℃。

進一步，在所述步驟(2)中，恒溫處理的時間為30～60min。

進一步，在所述步驟(2)中，將研磨后的粉末裝入瓷舟；開啟管式爐，將瓷舟推 入管式爐的中央熱區(qū)位置并恒溫處理。