硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼复合材料制造技术

本发明专利技术公开了硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼复合材料。采用常压化学气相沉积法，以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在惰性气体保护下以及水辅助前提下，在云母片基底上生长二维单层二硫化铼；进一步，通过二次生长的方法，在长有二维单层二硫化铼的云母片基底上再次沉积硫化镉颗粒，得到在硫化铼表面生长有硫化镉颗粒的CdS/ReS2复合材料。本发明专利技术工艺简单、成本低、快速、高效可控，制备得到高质量单层硫化铼，硫化镉沉积在二维材料硫化铼上得到的CdS/ReS2复合材料更具有优异的光电性能，应用在光电器件上具有很高的响应率。

Preparation of rhenium sulfide and CDs / rhenium composite material

The invention discloses preparation of rhenium sulfide and CDs / rhenium composite material. Two dimensional single layer two rhenium is grown on the substrate of mica film under the premise of inert gas protection and water assisted, with sulfur powder as sulfur source and three rhenium as the rhenium source. Under the premise of inert gas protection and water auxiliary, the two layers of rhenium sulfide are grown on the substrate of mica sheet. Further, the two growth method is used to re deposit on the substrate of the mica sheet with a two-dimensional single layer of two rhenium sulfide. CdS/ReS2 composites with cadmium sulfide particles were grown on the surface of rhenium sulfide. The invention has the advantages of simple technology, low cost, rapid and efficient control, and high quality single layer rhenium sulfide is prepared. The CdS/ReS2 composite obtained by cadmium sulfide on rhenium sulfide has excellent photoelectric properties, and has high response rate on the photoelectric device.

【技术实现步骤摘要】
硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼复合材料
本专利技术属于光学材料及其制备领域，具体涉及硫化铼的制备以及硫化镉/硫化铼(CdS/ReS2)复合材料。
技术介绍
近年来，二维过渡金属硫化物由于其独特的物理性能，如机械强度、灵活性、光敏性等，使其在未来电子、光电子、储能器件和催化等领域具有广泛的应用前景，迅速成为材料领域的研究热点。二维(2D)过渡金属硫化物(TMDS)的化学式是MX2，M是指过渡金属元素(例如：钼、钨、铌、铼、钛)，X是指硫族元素(例如：硫、硒、碲)，例如二维半导体材料MoS2、WS2、WSe2。通常，单层过渡金属硫化物呈现一种X-M-X的三明治结构，该结构层间的范德瓦尔斯力很弱，但是平面内有很坚固的共价键。因此，一般的二维过渡金属硫化物表现出来的特点是：单层过渡金属硫化物的能带结构为直接带隙，较厚的块状过渡金属硫化物(多层膜)的能带结构为间接带隙。与一般的二维过渡金属硫化物不同的是，二硫化铼具有更加独特的晶格结构，密度泛函理论计算显示，单层的ReS2为扭曲的1T相(三斜对称)，这种特殊的结构使该材料具有各向异性，并且会产生佩尔斯畸变，这一畸变将会阻止ReS2的有序堆积，并将层间电子波函数的交叠最小化，从而导致层间退耦合。研究表明，从多层到单层，ReS2始终保持直接带隙，带隙值变化非常小，并且拉曼光谱也不会随层数的改变有显著变化。ReS2独特的结构赋予了其诸多非凡的性质，这些优异的性质使其在场效应晶体管(FET)、光电探测器和隧道场效应晶体管等领域均具有很好的应用前景。目前，绝大部分研究工作均是采用微机械剥离法和液相化学剥离法来制备二维ReS2薄膜。这些方法虽能够获得ReS2薄膜，但获得的ReS2薄膜尺寸小，且尺寸和厚度控制性差，无法实现未来大规模器件化应用。化学气相沉积(CVD)被认为是一种制备大面积高质量二维材料的有效技术，但由于ReS2材料自身的特殊性，通过传统的CVD技术制备该材料还存在很多困难。现有文献中CVD制备二维ReS2材料公开了以下两种方法：一个是以高铼酸胺(NH4ReO4)为Re源生长ReS2，但该前驱体分解产生的副产物较多，导致所制备的ReS2薄膜晶格质量非常差，电学迁移率极低；另一个是以Re粉和S粉为源生长ReS2，但因Re粉的熔点极高(3180℃)，在一般的生长温度范围内(500～1000℃)Re的蒸汽压极低，导致该方法生长效率非常低，无法实现该材料的大面积制备。特别是，由于ReS2材料弱的层间作用力，而以上方法所用的二氧化硅基底因表面原子扩散势垒较大，使得该材料在二氧化硅基底上极易生长厚层，很难获得层数均匀的样品。因此，大面积、高质量和层数均匀的ReS2薄膜的可控制备仍然存在很大的挑战。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了两种途径来解决现有技术中存在的问题：一是提供了一种制备硫化铼的新方法，采用常压化学气相沉积法，在惰性气体保护下以及水辅助，获得高质量的单层硫化铼；二是以制备的该硫化铼为基础，提供了一种硫化镉/硫化铼(CdS/ReS2)复合材料，其光电性能得到显著的增强，利用该复合材料制备的光电器件具有很高的响应率、外部量子效率以及探测率，在光电器件、未来芯片和复合材料等方面有着极大的应用潜力。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种制备硫化铼的方法，包括：以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在第一惰性气体保护下，先逐渐升温使得三氧化铼置于700～800℃、硫粉置于250～350℃的热氛围中，再保温5～10min，在基底片上进行化学气相沉积反应，反应结束后，自然冷却得到单层硫化铼；其中，所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min。在本专利技术的一些具体实施例中，一种制备硫化铼的方法，包括以下步骤：将三氧化铼均匀分布在第一耐高温载体上，再将基底片倒扣在所述第一耐高温载体，并将所述第一耐高温载体放置在管式炉的加热区中心；将硫粉放入第二耐高温载体上，置于所述管式炉的入口端；向所述管式炉中通入300～500sccm第一惰性气体，持续30～60min，以排出所述管式炉内空气；然后调整第一惰性气体流量为80～100sccm，持续通入；使所述管式炉逐渐升温，直至所述管式炉的加热区中心的温度(也即是所述第一耐高温载体所在位置)达到700～800℃，在所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min；当所述管式炉的加热区中心的温度达到700～800℃时，调整装有硫粉的第二耐高温载体的位置使其处于所述管式炉内250～350℃温区处，保温反应5～10min；反应结束后，自然冷却，得到单层硫化铼。优选的技术方案中，所述硫粉与三氧化铼的质量比为(20～150):1。优选的技术方案中，所述基底片为云母片，且以新鲜剥离的云母片为最佳。优选的技术方案中，所述第一惰性气体为氩气或氮气，所述第二惰性气体为氩气或氮气。优选的技术方案中，所述第二惰性气体的流量为70～90sccm，通入时间为8～15min。优选的技术方案中，所述升温的速率为25～40℃/min。优选的技术方案中，所述管式炉为单温区管式炉。为达到前述目的，本专利技术还采用了如下技术方案：一种硫化镉/硫化铼复合材料，由以下方法制备得到：(1)以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在第一惰性气体保护下，先逐渐升温使得三氧化铼置于700～800℃、硫粉置于250～350℃的热氛围中，再保温5～10min，在基底片上进行化学气相沉积反应，反应结束后，自然冷却得到单层硫化铼；其中，所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min；(2)在第三惰性气体保护下，升温使得硫化镉粉末置于900～1000℃、步骤(1)制得的生长有单层硫化铼的基底片置于500～600℃的热氛围中，再保温5～20min，在所述生长有单层硫化铼的基底片上进行气相沉积反应，反应结束后，自然冷却得到硫化镉/硫化铼复合材料。在本专利技术的一些具体实施例中，一种硫化镉/硫化铼复合材料，由以下方法制备得到：(1)将三氧化铼均匀分布在第一耐高温载体上，再将基底片倒扣在所述第一耐高温载体，并将所述第一耐高温载体放置在管式炉的加热区中心；将硫粉放入第二耐高温载体上，置于所述管式炉的入口端；向所述管式炉中通入300～500sccm第一惰性气体，持续30～60min，以排出所述管式炉内空气；然后调整第一惰性气体流量为80～100sccm，持续通入；使所述管式炉逐渐升温，直至所述管式炉的加热区中心的温度(也即是所述第一耐高温载体所在位置)达到700～800℃，在所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min；当所述管式炉的加热区中心的温度达到700～800℃时，调整装有硫粉的第二耐高温载体的位置使其处于所述管式炉内250～350℃温区处，保温反应5～10min；反应结束后，自然冷却，得到单层硫化铼；(2)将硫化镉粉末放置在第三耐高温载体内，将所述第三耐高温载体放置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备硫化铼的方法，包括：以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在第一惰性气体保护下，先逐渐升温使得三氧化铼置于700～800℃、硫粉置于250～350℃的热氛围中，再保温5～10min，在基底片上进行化学气相沉积反应，反应结束后，自然冷却得到单层硫化铼；其中，所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min。

【技术特征摘要】
1.一种制备硫化铼的方法，包括：以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在第一惰性气体保护下，先逐渐升温使得三氧化铼置于700～800℃、硫粉置于250～350℃的热氛围中，再保温5～10min，在基底片上进行化学气相沉积反应，反应结束后，自然冷却得到单层硫化铼；其中，所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min。2.如权利要求1所述的制备硫化铼的方法，其特征在于，包括以下步骤：将三氧化铼均匀分布在第一耐高温载体上，再将基底片倒扣在所述第一耐高温载体，并将所述第一耐高温载体放置在管式炉的加热区中心；将硫粉放入第二耐高温载体上，置于所述管式炉的入口端；向所述管式炉中通入300～500sccm第一惰性气体，持续30～60min；然后调整第一惰性气体流量为80～100sccm，持续通入；使所述管式炉逐渐升温，直至所述管式炉的加热区中心的温度达到700～800℃，在所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min；当所述管式炉的加热区中心的温度达到700～800℃时，调整装有硫粉的第二耐高温载体的位置使其处于所述管式炉内250～350℃温区处，保温反应5～10min；反应结束后，自然冷却，得到单层硫化铼。3.如权利要求1或2所述的制备硫化铼的方法，其特征在于，所述硫粉与三氧化铼的质量比为(20～150):1。4.如权利要求1或2所述的制备硫化铼的方法，其特征在于，所述基底片为云母片。5.如权利要求1或2所述的制备硫化铼的方法，其特征在于，所述升温的速率为25～40℃/min。6.一种硫化镉/硫化铼复合材料，由以下方法制备得到：(1)以硫粉为硫源，以三氧化铼为铼源，在第一惰性气体保护下，先逐渐升温使得三氧化铼置于700～800℃、硫粉置于250～350℃的热氛围中，再保温5～10min，在基底片上进行化学气相沉积反应，反应结束后，自然冷却得到单层硫化铼；其中，所述升温的过程中，同时还以第二惰性气体作为载气通过鼓泡法通入水，所述第二惰性气体的流量为10～100sccm，通入时间为5～20min...

【专利技术属性】
技术研发人员：张礼杰，刘曼曼，梁洁园，李肖肖，董幼青，邹超，杨云，黄少铭，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33