本发明专利技术属于二维材料制备领域，具体公开了一种原子能级薄层金属二维材料在无悬挂键二维基底上外延生长的制备方法，其特征在于：在无悬空键二维材料衬底上，以二维方式延伸原子级薄的2D金属纳米片的范德华外延生长方法。从而首次实现金属纳米片直至单层体系并产生原子级薄的过渡金属碲化物二维金属材料的。
【技术实现步骤摘要】
在无悬挂键基底上范德华外延形成原子级薄的过渡金属碲化物二维金属材料的方法
本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及原子级薄的二维金属材料纳米片在无悬空键二维材料范德华外延生长的制备及其在电学器件的应用。技术背景二维(2D)层状材料(例如，石墨烯1-3，MoS24，WSe25,6，SnS27，BiI38，CdI29，和CrI310已成为新一代原子级薄器件的基础研究和潜在应用的新材料平台。尽管大多数努力都集中在石墨烯和2D半导体上，但金属过渡金属二硫化物(MTMD)(例如，VS2，VSe2，NbSe2，TaS2和PtTe2)由于其特殊的物理性质(例如电荷密度波)而引起了相当多的关注。磁性和超导性11,12例如，TaS2的厚度依赖的电荷-密度-波相变已被系统地控制，以探索新的多体状态[13]。VX2单层(X＝S，Se)中的铁磁和反铁磁性质已通过第一性原理计算预测，并具有激发电子学的激发势14。NbSe2已经显示出具有厚度依赖性的超导特性，临界温度从单层1.0K增加到10层材料中的4.56K15。作为2D材料系列的新成员，MTMD在未来的电子，自旋电子学和催化应用中具有丰富的物理特性和令人兴奋的应用潜力。除了具有有限尺寸和可扩展性的机械剥离薄片外16,17，化学气相(CVD)代表了一种有前途且可扩展的制备2D-TMD的方法18-20，特别地，已经通过使用不同形式的CVD方法成功地制备了各种2D-TMD半导体(例如，MoS2，WSe2)及其异质结构21,22。类似地，最近还探讨了CVD方法用于2D-MTMD的受控生长23,24。例如，高质量，大面积垂直取向的1T通过CVD方法合成功能性纳米多孔金基底上的-TaS2。在云母基板上合成了导电率高达106S·m-1的少层金属1T-VSe2单晶纳米片23。最近表明，通过使用常压CVD方法，可以在SiO2/Si衬底上容易地生长各种基于碲化物的2D-MTMD，例如VS2,VSe2,PtTe2，VTe2，NbTe2和TaTe224-28。然而，所得到的厚度2D-MTMD通常在几纳米到几十纳米的范围内。超薄，特别是单层MTMD的生长，这对于2D限制的这类新材料的基础研究和潜在技术应用至关重要，仍然是一项重大挑战。参考文献1.K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science2004,306,666.2.Q.Bao,K.P.Loh,ACSNano2012,6,3677.3.T.-H.Wu,C.-T.Chang,C.-C.Wang,S.Parwaiz,C.-C.Lai,Y.-Z.Chen,S.-Y.Lu,Y.-L.Chueh,Nano.Res.Lett.2018,13,242.4.X.Zhang,Z.Lai,C.Tan,H.Zhang,Angew.Chem.Int.Edit.2016,55,8816.Wang,Q.H.etal.Electronicsandoptoelectronicsoftwo-dimensionaltransitionmetaldichalcogenides.Nat.Nanotechnol.7,699(2012).5.H.Zhou,C.Wang,J.C.Shaw,R.Cheng,Y.Chen,X.Huang,Y.Liu,N.O.Weiss,Z.Lin,Y.Huang,X.Duan,NanoLett.2015,15,709.6.S.Vishwanath,X.Liu,S.Rouvimov,L.Basile,N.Lu,A.Azcatl,K.Magno,R.M.Wallace,M.Kim,J.-C.Idrobo,J.K.Furdyna,D.Jena,H.G.Xing,J.Mater.Res.2016,31,900.7.T.Yang,B.Zheng,Z.Wang,T.Xu,C.Pan,J.Zou,X.Zhang,Z.Qi,H.Liu,Y.Feng,W.Hu,F.Miao,L.Sun,X.Duan,A.Pan,Nat.Commun.2017,8,1906.8.J.Li,X.Guan,CWang,H.C.Cheng,R.Ai,K.Yao,P.Chen,Z.Zhang,X.Duan,X.Duan,Small2017,13.1701034.9.R.Ai,X.Guan,J.Li,K.Yao,P.Chen,Z.Zhang,X.Duan,X.Duan,ACSNano2017,11,3413.10.B.Huang,G.Clark,E.Navarro-Moratalla,D.R.Klein,R.Cheng,K.L.Seyler,D.Zhong,E.Schmidgall,M.A.McGuire,D.H.Cobden,W.Yao,D.Xiao,P.Jarillo-Herrero,X.Xu,Nature2017,546,270.11.Q.Ji,C.Li,J.Wang,J.Niu,Y.Gong,Z.Zhang,Q.Fang,Y.Zhang,J.Shi,L.Liao,X.Wu,L.Gu,Z.Liu,Y.Zhang,NanoLett.2017,17,4908.12.Z.Zhang,J.Niu,P.Yang,Y.Gong,Q.Ji,J.Shi,Q.Fang,S.Jiang,H.Li,X.Zhou,L.Gu,X.Wu,Y.Zhang,Adv.Mater.2017,29,1702359.13.Y.Yu,F.Yang,X.F.Lu,Y.J.Yan,Y.H.Cho,L.Ma,X.Niu,S.Kim,Y.W.Son,D.Feng,Nat.Nanotech.2015,10,270.14.Y.Ma,Y.Dai,M.Guo,C.Niu,Y.Zhu,B.Huang,ACSNano2012,6,1695.15.H.Wang,X.Huang,J.Lin,J.Cui,Y.Chen,C.Zhu,F.Liu,Q.Zeng,J.Zhou,P.Yu,X.Wang,H.He,S.H.Tsang,W.Gao,K.Suenaga,F.Ma,C.Yang,L.Lu,T.Yu,E.H.T.Teo,G.Liu,Z.Liu,Nat.Commun.2017,8,394.16.L.Zhang,J.Liang,Y.Huang,Y.Ma,Y.Wang,Y.Chen,Carbon2009,47,3365.17.H.Li,G.Lu,Y.Wang,Z.Yin,C.Cong,Q.He,L.Wang,F.Ding,T.Yu,H.Zhang,Small2013,9,1974.18.Q.Ji,C.Li,J.Wang,J.Niu,Y.Gong,Z.Zhang,Q.Fang,Y.Zhang,J.Shi,L.Liao,X.Wu,L.Gu,Z.Liu,Y.Zhang,NanoLett.2017,17,4908.19.Z.Zhang,J.Niu,P.Yang,Y.Gong,Q.Ji,J.Shi,Q.Fang,S.Jiang,H.Li,X.Zhou,L.Gu,X.Wu,Y.Zhang,Adv.Mater.2017,29,1702本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种在无悬挂键基底上范德华外延形成原子级薄的过渡金属碲化物二维金属材料的方法，其特征在于：将过渡金属原料和碲原料挥发并在无悬挂键的基底表面沉积；控制沉积过程的载气流量为20～150sccm；沉积温度为500‑650℃；所述的过渡金属原料为VCl3、NbCl5或TaCl5；其中，所述的过渡金属原料为VCl3，其挥发温度为500‑650℃；载气成分为保护性气体；所述的过渡金属原料为NbCl5或TaCl5，其挥发温度为120‑250℃；载气成分为保护性气体和氢气的混合气体。
【技术特征摘要】
1.一种在无悬挂键基底上范德华外延形成原子级薄的过渡金属碲化物二维金属材料的方法，其特征在于：将过渡金属原料和碲原料挥发并在无悬挂键的基底表面沉积；控制沉积过程的载气流量为20～150sccm；沉积温度为500-650℃；所述的过渡金属原料为VCl3、NbCl5或TaCl5；其中，所述的过渡金属原料为VCl3，其挥发温度为500-650℃；载气成分为保护性气体；所述的过渡金属原料为NbCl5或TaCl5，其挥发温度为120-250℃；载气成分为保护性气体和氢气的混合气体。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的基底为无悬挂键的SiO2/Si基底，或者为二维材料基底；所述的二维材料基底为M1X2二维材料基底或HBN；所述的M1为过渡金属元素，优选为Mo或W；所述的X为S或Se；优选地，所述的无悬挂键的基底为WSe2二维材料基底或WS2二维材料基底；优选地，所述的无悬挂键的基底具有平整表面。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的过渡金属原料为NbCl5或TaCl5时，所述的二维材料基底的二维材料平面尺寸不低于50um；优选不低于200um。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：碲原料和过渡金属原料质量比为1～5：1。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：载气的流量为20～150sccm；优选地，载气为所述的混合气体时，其中的保护性气体的流量为30～100sccm，氢气的流量为2～20sccm。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：原子薄的VTe2二维材料的制备过程为：将VCl3和碲原料在600-650℃下挥发，将挥发的原料在保护性气体氛围、载气流量为30-100sccm、沉积温度为600-650℃的条件下无悬挂键的基底上生长得到原子薄的VTe2二维材料；VCl3和碲原料的质量比为1:2-3；优选的非悬挂键的基底为WSe2二维材料基底；VCl3和碲原料的挥发温度为600-620℃；优选的载气流量为优选为50-80sccm；进一步优选为70-80sccm；优选的沉积温度为600-620℃；优选的沉积时间为5～20min。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：原子薄的NbTe2二维材料的制备过程为：将NbCl5和碲原料加热挥发，其中，NbCl5...
【专利技术属性】
技术研发人员：段曦东，段镶锋，吴瑞霞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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