[發明專利]一種原位制備高濃度二維材料復合薄膜的方法

有效

• 申請號: 202110696193.9
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113880542B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 張曉艷
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C04B28/24;C04B30/00;C04B20/02;C08L33/12;C08K3/04;C08K3/08;C08K3/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種原位制備高濃度二維材料復合薄膜的方法，取10～600mg純凈二維材料的體材料，加入到2?300mL質量百分比濃度為1～30wt％的增稠性聚合物溶液或無機氧化物溶膠中，形成混合物，將混合物放入磁力攪拌器中，磁力攪拌12～72h，采用聚合物或無機氧化物溶膠輔助液相剝離法制備二維材料分散液；然后取1～20mL在二維材料分散液，放入干燥箱中，在20～80℃下干燥12～180h，得到表面光滑、均勻和厚度為1～1000um的二維材料復合薄膜。本發明直接利用聚合物分散液或無機氧化物的溶膠?凝膠來原位分散二維材料，不僅簡化了合成步驟，同時還顯著提高了復合薄膜中二維材料含量，為研制低成本、高效能的二維材料光電器件提供重要的制備方法，適合應用于微、納米復合材料制備技術領域。

技術領域

本發明屬于微、納米復合材料制備領域，特別是一種具有普適性的原位制備二維材料無機/有機復合薄膜的制備方法。

背景技術

石墨烯、銻烯、石墨炔以及過渡金屬硫化物等二維材料具有體材料所無法比擬的獨特的電學，熱學，力學和光學等性質，在各個領域都引起了廣泛關注。以過渡金屬MoS₂二維半導體為例，二維MoS₂因其獨特的光電子學性能，如層數依賴可調控能帶結構(～1-2eV)、單層直接帶隙、超快載流子弛豫(帶內飛秒量級、帶間皮秒量級)、光致發光和電致發光、強激子效應等，成為新一代高性能納米光電器件國際前沿研究的核心材料之一，在開發發光器件、光電探測器、激光鎖模器、光開關、激光防護設備、生物傳感器等光電器件方面呈現出特別的優勢和巨大的潛力。又如，作為第V主族的銻(Antimony，Sb)在元素周期表中處于金屬向非金屬過渡位置，價電子為5s25p3，具有及其豐富的物化性能，如單層半導體性(～1.8-2.28eV)、22層以下為拓撲絕緣體、體材料為半金屬，以及高化學穩定性。銻烯較大的帶隙變化范圍～0-2.28eV，正好可以滿足光電子器件的范圍(0.1-1eV)。

制備二維材料的方法主要包括微機械剝離法、外延生長法、化學氣相沉積法、液相剝離法等。微機械剝離法盡管可以得到高品質的二維材料，但產率極低，重復性也不好。外延生長法和化學氣相沉積法等需要把二維材料沉積在襯底上，受限于基底的選擇性，表征和應用前需要對二維材料行轉移。針對與二維材料的廣泛應用，亟需開發一種低成本、高效率的簡單制備方法。液相剝離法具有成本低，可以批量化等優點，但目前采用的先分散再與聚合物或無機材料混合的方法，一方面使得復合薄膜中二維材料的含量很難得到提高，另一方面步驟繁瑣。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種原位制備高濃度二維材料復合薄膜的方法，直接利用聚合物分散液或無機氧化物的溶膠-凝膠來原位分散二維材料，不僅簡化了合成步驟，同時還顯著提高了復合薄膜中二維材料的含量。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種原位制備高濃度二維材料復合薄膜的方法，該制備方法包括下列步驟：

①制備二維材料分散液：

取10～600mg純凈的二維材料體材料，加入到2-300mL質量百分比濃度為1～30wt％的增稠性聚合物溶液或無機氧化物溶膠中，形成混合物，將該混合物放入磁力攪拌器中，磁力攪拌12～72h，靜置至少24h或無需靜置，然后將混合物以100～5000rpm的轉速進行離心，離心時間為10～120min，然后用吸管取出離心液的中間部分或者無需用吸管取出離心液的中間部分，從而采用聚合物或無機氧化物溶膠輔助液相剝離法制備二維材料分散液，備用；

②取1～20mL在所述步驟①中制備的二維材料分散液，然后將二維材料分散液倒入石英/玻璃培養皿中，放入干燥箱中，在20～80℃下干燥12～180h，得到表面光滑、均勻和厚度為1～1000um的二維材料復合薄膜；在所制備的二維材料復合薄膜中，二維材料與增稠性聚合物的質量比或二維材料與無機氧化物的質量比為1:(0.1～600)。