[發明專利]一種具有有序褶皺應變結構的二維材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201811454770.8
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109627476B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 王聰;劉前;杜樂娜;張浩然;張心正
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C08J7/00
• 分類號: C08J7/00;C23C14/16;C23C14/34;C23C14/58;C08L25/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種具有有序褶皺應變結構的二維材料及其制備方法和用途。所述制備方法包括如下步驟：在熱塑性高分子薄膜上鍍金屬層，形成金屬/熱塑性高分子雙層薄膜；通過激光直寫，在所述金屬/熱塑性高分子雙層薄膜上刻寫出預設圖案，得到圖案化的金屬/熱塑性高分子雙層薄膜；將二維材料轉移至所述圖案化的金屬/熱塑性高分子雙層薄膜的金屬層上，形成二維材料/金屬/熱塑性高分子三層薄膜；將所述二維材料/金屬/熱塑性高分子三層薄膜加熱至所述熱塑性高分子薄膜的玻璃化轉變溫度±50℃，熱處理后得到所述具有有序褶皺應變結構的二維材料。本發明提供的方法成功實現了在二維材料上形成有序、可控的應變結構。

技術領域

本發明屬于二維材料技術領域，具體涉及一種具有有序褶皺應變結構的二維材料及其制備方法和用途。

背景技術

二維材料是由單層或少數層原子或者分子層組成的材料，層內由較強的共價鍵或離子鍵連接，而層間則由作用力較弱的范德瓦爾斯力結合。二維材料具有很多傳統材料所不具備的獨特的光電性能，特別是其卓越的非線性光學特性在構筑高性能、新功能光電子器件方面已經展示了巨大的潛力。目前，二維材料主要有石墨烯(Graphene)、拓撲絕緣體(TI)、過渡金屬硫系化合物(TMDCs)、黑磷(BP)等。

應變是二維材料的一個常見的伴生物，無論在機械剝離法制備二維材料、化學氣相沉積(CVD)法生長制備二維材料，還是二維材料的轉移等過程中，都會在二維材料上引入無序的褶皺結構。應變會對二維材料的物理化學性質產生非常重要的影響，如在二維材料上實現有序應變可以用來調制其能帶結構、光學帶隙、熒光光譜強度和峰位、疏水性及光學透過率等物理化學特性。

為了研究和調控褶皺應變效應，在二維材料上獲得設計可控、高度有序的應變結構是十分重要的。此外，具有有序褶皺應變結構的二維材料也可在能帶結構調制、材料結構相變調制、柔性電極、可拉伸的電子產品、傳感器以及能量存儲器件中得到廣泛的應用。然而，目前尚無在二維材料上制備大面積有序褶皺應變結構的有效方法。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種具有有序褶皺應變結構的二維材料及其制備方法和用途。該制備方法實現了在二維材料上形成有序褶皺應變結構。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種具有有序褶皺應變結構的二維材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)在熱塑性高分子薄膜上鍍金屬層，形成金屬/熱塑性高分子雙層薄膜；

(2)通過激光直寫，在步驟(1)得到的金屬/熱塑性高分子雙層薄膜上刻寫出預設圖案，得到圖案化的金屬/熱塑性高分子雙層薄膜；

(3)將二維材料轉移至步驟(2)得到的圖案化的金屬/熱塑性高分子雙層薄膜的金屬層上，形成二維材料/金屬/熱塑性高分子三層薄膜；

(4)將步驟(3)得到的二維材料/金屬/熱塑性高分子三層薄膜加熱至所述熱塑性高分子薄膜的玻璃化轉變溫度±50℃范圍，熱處理后得到所述具有有序褶皺應變結構的二維材料。

步驟(2)中，當一個激光脈沖打在金屬/熱塑性高分子雙層薄膜上時，被激光打過的點會發生一個微小的結構變化，導致該點模量改變，當進一步對其加熱至熱塑性高分子薄膜的玻璃化溫度附近時，在熱應力的作用下，此點會發生一個點狀凸起狀塑性形變結構，從而帶動該處的二維材料產生相應的應變結構。由于任何復雜應變結構都可以由一系列應變點組成，因而可以將此點狀應變結構作為激光誘導應變的基本單元。采用激光在金屬/熱塑性高分子雙層薄膜上按照設計的路徑進行刻寫，形成預設圖案，再經過后續的熱處理步驟，即可在二維材料上形成有序的褶皺應變結構。

需要說明的是，本發明中所述“有序褶皺應變結構”是指預設的應變結構。