[發明專利]一種二維CuCrS2有效

申請號：	202111535579.8	申請日：	2021-12-15
公開（公告）號：	CN114197036B	公開（公告）日：	2022-09-20
發明（設計）人：	周興;許翔;翟天佑	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	C30B25/02	分類號：	C30B25/02;C30B25/10;C30B25/14;C30B29/46;C30B29/64
代理公司：	華中科技大學專利中心 42201	代理人：	孔娜;尚威
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種二維 cucrs base sub
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【說明書】：

本發明屬于納米半導體材料領域，并具體公開了一種二維CuCrS₂晶體材料及其制備方法，其包括如下步驟：將銅粉和鉻粉混合作為金屬源，將金屬源放置在位于中心溫區的襯底上；將硫粉放置在中心溫區上游，對其單獨加熱生成硫蒸氣，并通過載氣將硫蒸氣帶入預熱后的中心溫區，同時控制中心溫區溫度為800℃～950℃，反應時間為5min～30min，使襯底表面的金屬源與硫蒸氣充分反應，生成二維CuCrS₂晶體材料。本發明方法能合成高質量、純相的二維CuCrS₂晶體材料。

技術領域

本發明屬于納米半導體材料領域，更具體地，涉及一種二維CuCrS₂晶體材料及其制備方法。

背景技術

2004年，二維石墨烯通過機械剝離的方法被成功制備(Science 2004, 306,666-669)，推翻了前人關于二維材料熱不穩定的論斷。在性質方面，石墨烯則表現出超高的載流子遷移率和超強的熱導率和延展性。自此，二維材料便作為一種新型功能材料引起廣泛關注。越來越多的二維材料被發現，例如單元素的黑磷、硼烯、錫烯、銻烯等。雙元素的二硫化鉬、二硫化鎢等過渡金屬二硫族化合物以及其他Ⅳ-Ⅵ族，Ⅲ-Ⅵ族二維范德華層狀材料等。二維材料在拓撲電子學、超導、光電探測、邏輯電路以及突觸器件等方面展現出非凡的應用前景。額外元素的引入將增加新的維度，產生更多類型的結構，進而可能表現出更新奇的性質。三元二維材料例如 Fe₃GeTe₂的發現證明了二維鐵磁性的存在并展示了其柵壓可調的磁性 (Nature 2018,563,94.)。以及CuInP₃S₆室溫二維鐵電性的發現促進了對二維鐵電的研究和開發(Nat.Commun.2016,7,12357.)等等。

CuCrS₂是一種具有準二維層狀結構的三元硫族晶體材料。其結構由 CrS₂層與Cu⁺層交替堆疊構成。Cu⁺在CrS₂層間有序地占據一半的四面體間隙位置，從而使材料擁有可被外部電場翻轉的自發電極化從而具有鐵電性。另一方面，其CrS₂層中Cr³⁺離子則可能給整個材料帶來磁性。塊體CuCrS₂晶體在尼爾溫度(40K)以下呈現反鐵磁性。而當溫度升高到400℃以上時，由于Cu⁺離子站位出現無序化，從而出現超離子導體的特性。這些特性讓CuCrS₂晶體材料在磁電耦合(J.Solid State Chem.1973,6,574.)、固態電解質(J.Am.Chem.Soc.2020,142,18645.)、熱電(J.Mater.Chem.C 2017,5, 9331.)等方面引起廣泛關注。由于其結構特征，使得其在二維尺度下可能同時具有相互耦合的鐵電與鐵磁性(Natl.Sci.Rev.2020,7,373.)。但由于三元非層狀二維材料的合成困難，目前仍未有成功合成二維CuCrS₂晶體材料的報道，阻礙了基于CuCrS₂晶體材料的基礎物理研究與應用開發。