[發(fā)明專利]一種二維過渡金屬硫化物的可控相轉變方法

有效

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• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111285400B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 歐陽方平;高宏軍;周喻;熊翔
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G39/06
• 分類號: C01G39/06;C01B19/04;C09D11/02
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 錢朝輝

本發(fā)明公開了一種二維過渡金屬硫化物1T或1T′相到2H相的可控相轉變方法，包括以下步驟：(1)制備單層1T或1T′相的二維過渡金屬硫化物，并進行均相處理；(2)制備圖案化的導熱碳膜；(3)利用激光加熱導熱碳膜區(qū)域，使單層1T或1T′相轉變?yōu)?H相的二維過渡金屬硫化物；(4)洗滌去除導熱碳膜，即完成可控相轉變。本發(fā)明中由于導熱碳膜的導熱性好，使得掃描區(qū)域的熱量均勻分布，熱量迅速擴散到整個膜層，保證相變的均勻性，可以使得激光改性的效率更高，更精準，更均勻。

技術領域

本發(fā)明屬于新材料領域，尤其涉及一種二維過渡金屬硫化物的相轉變方法。

背景技術

二維過渡金屬硫化物(transition metal dichalcogenides，TMDs)是目前材料領域的一個研究熱點，有希望在超薄電子和光電子工業(yè)取代傳統(tǒng)的半導體材料。它們同半金屬性的石墨烯、絕緣晶體(如六方氮化硼)一起，被視為基于二維van der Waals晶體來制備新一代納米電子器件的基本單元。

TMDs材料的單位晶格包括一個過渡金屬原子，如鉬(Molybdenum)、鎢(Tungsten)和釩(Vanadium)等；硫屬指周期表硫那一欄的元素，譬如硫(sulfur)、硒(selenium)、碲(tellurium)等。一個過渡金屬原子與兩個硫屬元素原子所組成的分子就叫TMDs，如二硫化鉬(MoS₂)、二硒化釩(VSe₂)等。

以二硫化鉬為例，二硫化鉬(MoS₂)納米材料作為一種過渡金屬硫化物，類似于二維層狀結構的石墨烯。它具有豐富的邊緣結構，比表面積大，同時具有抗光腐蝕性強、化學穩(wěn)定性良好和可調(diào)禁帶寬度等優(yōu)異的物理化學性質。二硫化鉬納米材料可以制備新型光催化材料、納米電子器件、傳感器等，廣泛應用于新材料、新能源、生物醫(yī)藥等多個領域。而少層二硫化鉬帶隙寬度在1.2-1.9eV之間，具有優(yōu)異的電學、光學特性，是典型的半導體材料。其中，單層二硫化鉬是禁帶寬度為1.8eV的二維直接帶隙半導體材料，彌補了零帶隙石墨烯的不足，是制備光電器件的更佳選擇，高質量、產(chǎn)業(yè)化制備單層MoS₂成為行業(yè)的迫切需求。

晶相控制在無機材料的精細合成中有很重要的作用，因為相結構常常和材料的諸多物理化學性質相關，比如對電導率和化學穩(wěn)定性等。對于VI族過渡金屬二硫化物而言，元素空間配位方式會形成不同的晶相結構，進而表現(xiàn)出不同的性質，比如1T或1T′相的TMDs表現(xiàn)出金屬特性，2H相的TMDs表現(xiàn)出半導體特性。前人研究已經(jīng)表明1T或1T′金屬相TMDs在電催化性能方面優(yōu)于2H相TMDs。通常1T或1T′相是亞穩(wěn)定相，很容易轉化為更為穩(wěn)定的2H相。

以往的技術能夠對TMDs單層膜進行局部的晶相改變，然而不能進行精確的定位，也不容易形成確定的圖案和界面；此外，調(diào)控區(qū)域(即晶相改變區(qū)域)沒有有效的保護，可能會造成一定程度的缺陷和損壞，對所需異質結不易形成規(guī)模復制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種二維過渡金屬硫化物1T或1T′相到2H相的可控相轉變方法，該方法易于實現(xiàn)二維過渡金屬硫化物的局域化、圖案化的相變。為解決上述技術問題，本發(fā)明提出的技術方案為：

一種二維過渡金屬硫化物1T或1T′相到2H相的可控相轉變方法，包括以下步驟：

(1)制備單層1T或1T″相的二維過渡金屬硫化物，并進行均相處理，使單層1T或1T′相的二維過渡金屬硫化物處于同一相區(qū)；

(2)制備圖案化的PDMS壓模和高導熱性的納米碳粉墨水，通過微接觸印刷的方法，采用納米碳粉墨水在單層1T或1T′相的二維過渡金屬硫化物表面形成圖案化的覆蓋層，干燥后得到圖案化的導熱碳膜；

(3)利用激光加熱導熱碳膜區(qū)域，使導熱碳膜覆蓋的單層1T或1T′相的二維過渡金屬硫化物轉變?yōu)?H相的二維過渡金屬硫化物；