[發明專利]一種過渡金屬硫族化合物薄膜及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 201910289200.6
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN109824098A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 謝黎明;趙朝陽;王新勝;周芮
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: C01G55/00
• 分類號: C01G55/00;C01B19/04;B82Y40/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種過渡金屬硫族化合物薄膜及其制備方法和用途，所述過渡金屬為鉑族金屬，包括釕、銠、鈀、鋨、銥或鉑中任意一種，所述過渡金屬硫族化合物中硫族元素包括硫、硒或碲中任意一種；所述方法包括：在保護性氣體氛圍中，分別加熱鉑族金屬源和硫族元素源，發生化學氣相沉積反應，在基底上生長得到過渡金屬硫族化合物薄膜。本發明以鉑族金屬源為原料，采用化學氣相沉積法，實現了大面積二維鉑族金屬硫族化合物薄膜的連續可控生長，所得薄膜材料表面平整，具有優異的電學、光學性能，在納米電子器件領域應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于二維納米材料技術領域，涉及一種過渡金屬硫族化合物薄膜及其制備方法和用途。

背景技術

近年來，二維過渡金屬硫族化合物作為一類新型的二維層狀化合物，因其具有獨特的晶體結構和能帶結構而具有廣泛獨特的電學、光學以及機械性能等，越發受到研究者的關注，為開發新型納米電子器件并更好的滿足其緊湊、輕量化的迫切需求提供了可能。同時，二維相變材料因為具有多種相變特性，為基礎研究提供了更多的素材，也為以后的器件應用，如快速電子振蕩器、存儲器件等，提供了更多的可能性。

過渡金屬硫族化合物，以IrTe₂為例，具有類石墨烯的結構，由三層原子以D3d³點群組成，每一層都是由Te-Ir-Te三層原子組成的三明治結構。層間的Te-Te原子間距比預期的范德華半徑的兩倍2R_vdW小很多，層內的兩層碲原子間距也比2R_vdW小很多，所以層內和層間的Te原子之間存在著共價鍵形式的Te-Te強相互作用，這種強相互作用導致Te₂^3-的形成，高溫相中Ir³⁺和Te^1.5-價態的三維費米面存在不穩定性嵌套，其在降溫過程中發生相轉變，相變前后，材料的電學性質、磁性能以及光學性質均會發生變化，在納米電子器件領域有著極大的應用前景。

目前，二維過渡金屬硫族化合物的制備有不少研究，主要方法有化學氣相沉積法、化學插層法、超聲剝離法以及球磨法等。Pyon等(Pyon S,et al.SuperconductivityInduced by Bond Breaking in the Triangular Lattice of IrTe₂.J Phys SocJpn.2012,81(5).)通過固相反應的方法，在抽空的石英安瓿中將化學計量比的Ir和Te混合，在900℃下加熱24h，冷卻至室溫后研磨、造粒，再次抽真空于900℃下反應24h，制得多晶態的IrTe₂，該方法無法得到IrTe₂二維納米薄膜，且制備條件要求較高。CN 108423642A公開了一種小尺寸過渡金屬硫族化合物二維納米片的制備方法，以過渡金屬硫族化合物塊體粉末為原料，以高分子作為助劑，通過高分子輔助球磨制備出不同尺寸、不同成分的過渡金屬硫族化合物二維納米片，但該方法中過渡金屬硫族化合物需要提前制備得到，而且球磨剝離的方法無法得到大尺寸的二維材料。CN 104894530A公開了一種二維過渡金屬硫族化物薄膜及其制備方法，其采用化學氣相沉積法在氮化硼基底上制得連續的二維過渡金屬硫族化物薄膜，其中，所述過渡金屬硫族化物為ZrS₂、ZrSe₂、HfS₂或HfSe₂中的任意一種，該方法中過渡金屬僅采用了鋯族的兩種元素，硫族也只使用了硫和硒元素，并未提及其他過渡金屬，對于性質相差較大的元素適用情況無法預測。

綜上所述，多種二維過渡金屬硫族化合物納米薄膜的制備，尤其是如何制備得到大面積的銥等貴金屬的硫族化物薄膜仍是目前亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種過渡金屬硫族化合物薄膜及其制備方法和用途，本發明以鉑族金屬源為原料，采用化學氣相沉積法，實現了大面積二維過渡金屬硫族化合物薄膜的制備，尤其是鉑族金屬的硫族化合物，所得薄膜材料表面平整，具有優異的電學、光學性能，在納米電子器件領域應用前景廣闊。