一种过渡金属族硫化物纳米片硫空位的制备方法技术

本发明专利技术属于缺陷调控领域，涉及一种简单、温和、精确的过渡金属族硫化物硫空位的过渡金属族硫化物纳米片硫空位的制备方法。将制备好的过渡金属族硫化物纳米片转移到和它可牢固结合的基底上，放入配制的弱氧化性溶液中浸泡，随后用DI水洗掉残余的溶液，并用热板干燥。利用弱氧化性离子的电子诱导和过渡金属族硫化物硫空位的形成能的匹配，可以精确地实现硫空位的构筑而不引入其他类型的缺陷。此外，这种方法相比于传统的物理缺陷控制策略，不会引起局部材料的褶皱和破损。可以大面积的操控过渡金属族硫化物中的硫空位。同时，也和传统CMOS工艺兼容。因此，对于探索过渡金属族硫化物中硫空位的特性调控和推动缺陷工程的应用具有极大的意义。

A Method for Preparing Sulfur Vacancies in Transition Metal Sulfide Nanosheets

The invention belongs to the field of defect control, and relates to a simple, mild and accurate preparation method of sulfur vacancies in transition metal sulfide nanosheets. The prepared transition metal sulfide nanosheets were transferred to the base which could be firmly bonded with them, immersed in the prepared weak oxidizing solution, and then washed off the residual solution with DI water and dried with hot plate. The formation of sulfur vacancies in transition metal sulfides can be accurately constructed without introducing other types of defects by using the electron induction of weak oxidizing ions and the matching of formation energies of sulfur vacancies in transition metal sulfides. In addition, compared with the traditional physical defect control strategy, this method does not cause local material wrinkle and damage. Sulfur vacancies in transition metal sulfides can be controlled in a large area. At the same time, it is compatible with traditional CMOS technology. Therefore, it is of great significance to explore the characteristics of sulfur vacancies in transition metal sulfides and to promote the application of defect engineering.

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属族硫化物纳米片硫空位的制备方法
本专利技术属于缺陷调控领域，涉及一种简单、温和、精确的过渡金属族硫化物硫空位的过渡金属族硫化物纳米片硫空位的制备方法。
技术介绍
2004年石墨烯的发现打开了二维材料发展的大门。石墨烯是一种单碳原子层的二维材料，具有超高的载流子迁移率及热传导率，优异的机械强度。但石墨烯的零带隙极大的限制了它的发展。与此同时出现的过渡金属族硫化物（TMDCs）也是一种可以剥离的层状材料。具有一定的带隙，其迥异的电学性质,涵盖了绝缘体、半导体、半金属、金属和超导。在电子、光电子、催化、能量存储与转换、传感、生物医学等领域具有极大的发展和应用空间。研究表明，过渡金属族硫化物具备丰富的晶体结构，而这些丰富的晶体结构大多数是由缺陷引起的。常见的缺陷有空位缺陷、反位缺陷、团簇、晶界和边界重构等。这些缺陷在一定程度上可以降低金半接触的势垒高度、调节载流子类型及输运、增强光学、铁电及催化特性等。因此深入理解缺陷和研究缺陷对过渡金属族硫化物性能的调控具有极大的意义。目前过渡金属族硫化物缺陷的调控手段主要有离子束/电子束激发、等离子刻蚀、超高真空热退火、化学计量控制法、硫空位自修复法、拉伸形变控制等。可以看出大多数常用缺陷控制手段为物理法。这些方法调控的缺陷往往属多类型缺陷体系，此外，物理手段极容易对材料构成不同程度的破坏；而等离子刻蚀，拉伸法等与传统的CMSO工艺不兼容；此外，已发现的大多数物理方法很难实现缺陷的大面积调控；对设备要求高，可控性差也是限制其发展的重要原因之一。而最为关键的是，多类型的缺陷严重误导我们对同一类型缺项调控性能的认识，制约缺陷工程的发展。因此我们提出一种温和而精确的液相化学策略来制备过渡金属族硫化物纳米片中的硫空位。此液相化学制备过程简单有效，硫空位调控力度温和，只制备TMDCS中的硫空位，无其他类型缺陷引入，同时可进行大面积硫空位的制备，对过渡金属族硫化物材料无破坏性，不会引起材料局部的褶皱和破损，与传统CMOS工艺兼容，因此有效避免了传统缺陷调控的缺点，达到缺陷精确制备的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种液相化学法过渡金属族硫化物纳米片硫空位的制备方法。此工艺旨在摆脱传统的，对材料具有破坏性的，与传统CMOS工艺不兼容的，缺陷类型不可控的物理缺陷调控手段，提供一个简单、温和、精确而有效的液相化学法硫空位制备策略。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种过渡金属族硫化物纳米片硫空位的构筑方法，所述方法的具体步骤为：S1：将选取的过渡金属族硫化物纳米片转移到不与弱氧化性溶液反应的并且能和过渡金属族硫化物纳米片形成牢固接触的目标基底上，备用；S2：将弱氧化性溶液稀释至一定浓度的弱氧化性水溶液，放置棕色避光剥离器皿中，备用；S3：将S1得到的过渡金属族硫化物纳米片的目标基底放置于S2中的棕色避光剥离器皿中浸泡，随后用去离子水清洗，实现全液相化学硫空位的构筑；最后将清洗完成的样品进行干燥后得到一半本征，一半用弱氧化性溶液构筑过的纳米片。进一步，所述S1的具体步骤为：S1.1：利用CVD法、微机械剥离法、液相插层法或化学插层法制备得到沉积有过渡金属族硫化纳米片的硅片；S1.2在步骤1中的沉积有过渡金属族硫化物纳米片的硅片上旋涂PMMA胶，并用热板将PMMA胶烘干，放入稀释的FH溶液中刻蚀掉硅片，得到带有过渡金属族硫化物纳米片的PMMA薄膜；S1.3用干净硅片将PMMA薄膜捞至去离子水中，反复清洗，最后将清洗干净的PMMA薄膜捞至带标记的目标基底上，100-130℃干燥10-20min，随后用丙酮加热去掉PMMA，得到含有过渡金属族硫化物纳米片的目标基底；S1.4再次旋涂PMMA至目标基底，在温度为150-180℃干燥1-5min，再利用电子束精确曝光技术曝光出过渡金属族硫化物纳米片的一半区域，另一半用PMMA盖住，随后显影出曝光区域。进一步，所述S2中弱氧化性水溶液的浓度为小于30%。进一步，所述S3的具体步骤为：S3.1将S1中得到的过渡金属族硫化物纳米片放置于S2中配制的弱氧化性溶液水溶液中保持1-60min，然后取出放入去离子水中清洗；S3.2将S3.1处理后的目标基底在70-90℃热板干燥3-6min，随后在温度为90-110℃热板加热干燥8-12min，随后用丙酮去掉PMMA保护层，并再次用加热干燥，得到一半本征，一半用弱氧化性溶液构筑过硫空位的过渡金属族硫化物纳米片。进一步，所述过渡金属族硫化物纳米片为具有高结晶质量的二硫化钼，二硒化钼、二硫化钨或二硒化钨纳米片。进一步，所述弱氧化性溶液为H2O2溶液，次氯酸溶液或稀硝酸溶液。进一步，所述S1中的过渡金属族硫化物纳米片的厚度为0.65-100纳米。进一步，所述目标基底为硅片、蓝宝石基底或PET基底。本专利技术在过渡金属族硫化物硫空位制备中主要具备以下特点：1.硫空位的制备方法简单,且为全液相化学法。利用弱氧化性水溶液（如过氧化氢溶液）浸泡就可以实现过渡金属族硫化物硫空位的制备。2.硫空位的制备方法温和，主要是利用弱氧化性水溶液中负离子的电负性，例如过氧化氢中氧的强电子吸附效应，即氧的强电负性和硫空位的形成能的匹配关系，只涉及硫空位的形成，对材料没有破坏性。3.此硫空位的制备属于液相化学法，制备的缺陷类型单一，只涉及硫空位，没有钼缺陷和其他结构缺陷产生，可实现硫空位的精确制备与调控，此液相化学法可实现1012-1014cm-2单一类型硫空位的有效制备。4.此硫空位的液相化学制备可实现大面积的过渡金属族硫化物硫空位的制备，突破传统物理法缺陷调控的束缚，推动缺陷工程的应用。5.此硫空位的液相化学制备过程工艺与传统的CMOS工艺兼容，推动了缺陷工程在二维集成电子器件领域的发展。附图说明图1为过氧化氢液相化学水溶液法制备单硫空位流程图。图2为是通过精确区域控制和H2O2溶液调控法得到的单层二硫化钼的俄歇电子能谱和扫描透射电子显微镜观测到的本征和制备过硫空位的单层二硫化钼的原子结构图。具体实施方式下面结合实例对本专利技术的技术方案进行详细说明，显然，所描述的实例仅仅是本专利技术中很小的一部分，而不是全部的实例。基于本专利技术中的实例，本领域人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一种过渡金属族硫化物纳米片硫空位的构筑方法，所述方法的具体步骤为：S1：将选取的过渡金属族硫化物纳米片转移到不与弱氧化性溶液反应的并且能和过渡金属族硫化物纳米片形成牢固接触的目标基底上，备用；S2：将弱氧化性溶液稀释至一定浓度的弱氧化性水溶液，放置棕色避光剥离器皿中，备用；S3：将S1得到的过渡金属族硫化物纳米片的目标基底放置于S2中的棕色避光剥离器皿中浸泡，随后用去离子水清洗，实现全液相化学硫空位的构筑；最后将清洗完成的样品进行干燥后得到一半本征，一半用弱氧化性溶液构筑过的纳米片。所述S1的具体步骤为：S1.1：利用CVD法、微机械剥离法、液相插层法或化学插层法制备得到沉积有过渡金属族硫化纳米片的硅片；S1.2在步骤1中的沉积有过渡金属族硫化物纳米片的硅片上旋涂PMMA胶，并用热板将PMMA胶烘干，放入稀释的FH溶液中刻蚀掉硅片，得到带有过渡金属族硫化物纳米片的PMMA薄膜；S1.3用干净硅片将PMMA薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属族硫化物纳米片硫空位的构筑方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：S1：将选取的过渡金属族硫化物纳米片转移到不与弱氧化性溶液反应的并且能和过渡金属族硫化物纳米片形成牢固接触的目标基底上，备用；S2：将弱氧化性溶液稀释至一定浓度的弱氧化性水溶液，放置棕色避光剥离器皿中，备用；S3：将S1得到的过渡金属族硫化物纳米片的目标基底放置于S2中的棕色避光剥离器皿中浸泡，随后用去离子水清洗，实现全液相化学硫空位的构筑；最后将清洗完成的样品进行干燥后得到一半本征，一半用弱氧化性溶液构筑过的纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属族硫化物纳米片硫空位的构筑方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：S1：将选取的过渡金属族硫化物纳米片转移到不与弱氧化性溶液反应的并且能和过渡金属族硫化物纳米片形成牢固接触的目标基底上，备用；S2：将弱氧化性溶液稀释至一定浓度的弱氧化性水溶液，放置棕色避光剥离器皿中，备用；S3：将S1得到的过渡金属族硫化物纳米片的目标基底放置于S2中的棕色避光剥离器皿中浸泡，随后用去离子水清洗，实现全液相化学硫空位的构筑；最后将清洗完成的样品进行干燥后得到一半本征，一半用弱氧化性溶液构筑过的纳米片。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1的具体步骤为：S1.1：利用CVD法、微机械剥离法、液相插层法或化学插层法制备得到沉积有过渡金属族硫化纳米片的硅片；S1.2在步骤1中的沉积有过渡金属族硫化物纳米片的硅片上旋涂PMMA胶，并用热板将PMMA胶烘干，放入稀释的FH溶液中刻蚀掉硅片，得到带有过渡金属族硫化物纳米片的PMMA薄膜；S1.3用干净硅片将PMMA薄膜捞至去离子水中，反复清洗，最后将清洗干净的PMMA薄膜捞至带标记的目标基底上，100-130℃干燥10-20min，随后用丙酮加热去掉PMMA，得到含有过渡金属族硫化物纳米片的目标基底；S1.4再次旋涂PMMA至目标基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，高丽，张铮，廖庆亮，高放放，张先坤，柳柏杉，杜君莉，于慧慧，洪孟羽，欧洋，肖建坤，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11