判定少层二维纳米材料晶向的方法技术

本发明专利技术提供一种判定少层二维纳米材料晶向的方法，包括以下步骤：提供机械剥离的少层二维纳米材料；通过光学显微镜观察所述少层二维纳米材料，寻找所述少层二维纳米材料中夹角为60°或120°的相邻的两个断裂边缘；以及判断所述断裂边缘的方向为所述少层二维纳米材料的zigzag方向。

A Method for Determining the Crystal Direction of Two-Dimensional Nanomaterials with Few Layers

The present invention provides a method for determining the crystal orientation of two-dimensional nanomaterials with few layers, including the following steps: providing a few layers of two-dimensional nanomaterials with mechanical peeling; observing the two-dimensional nanomaterials with few layers through optical microscopy, searching for two adjacent fracture edges with an angle of 60 or 120 degrees in the two-dimensional nanomaterials with few layers; and judging the direction of the fracture edges as the two-dimensional nanomaterials with few layers. Zigzag direction of dimensional nanomaterials.

【技术实现步骤摘要】
判定少层二维纳米材料晶向的方法
本专利技术涉及纳米材料的制备及表征领域，特别是涉及一种判定少层二维纳米材料晶向的方法。
技术介绍
二维纳米材料是指具有外部尺寸或者组成相(至少一个维度)小于100nm的物质。二维纳米材料具有优异的电学、光学、热学和力学性能，在电子器件、催化、能量储存、传感和生物应用等领域有着重要的应用。自2004年石墨烯问世以来，二维纳米材料的研究由此拉开了盛大的序幕，以二硫化钼为代表的过渡金属硫族化合物半导体二维纳米材料，因其具有一定的厚度相关带隙，在电子器件、光电探测器件等领域具有非常重要的应用前景。机械剥离法是制备二维纳米材料薄膜的重要方法之一，其可以获得几十微米量级尺寸的具有高晶体质量的单层和少层二维纳米材料，确定机械剥离二维纳米材料薄膜的晶向十分重要，能为进一步研究二维纳米材料的电学、光学、力学等性质打下基础。目前确定二维纳米材料晶向的方法有透射电子显微镜、原子力显微镜等分析方法，透射电子显微镜可以表征二维纳米材料的晶体结构、缺陷等，但是机械剥离二维纳米材料薄膜的透射电子显微镜制样比较复杂，而且表征后的二维纳米材料不能再用于其他的性能测量和应用；原子力显微镜可以对二维纳米材料薄膜的形貌进行扫描，原子级成像可以实现对二维纳米材料薄膜晶向的表征，但是对实验系统要求比较高、测量时间比较久。
技术实现思路
基于此，有必要针对二维纳米材料晶向判定复杂、时间长的问题，提供一种判定少层二维纳米材料晶向的方法。本专利技术提供一种判定少层二维纳米材料晶向的方法，包括以下步骤：提供机械剥离的少层二维纳米材料；通过光学显微镜观察所述少层二维纳米材料，寻找所述少层二维纳米材料中夹角为60°或120°的相邻的两个断裂边缘；以及判断所述断裂边缘的方向为所述少层二维纳米材料的zigzag方向。在其中一个实施例中，所述少层二维纳米材料的厚度小于100纳米。在其中一个实施例中，所述少层二维纳米材料的原子层数为1层至100层。在其中一个实施例中，所述二维纳米材料包括石墨烯、六方氮化硼、石墨相氮化碳和过渡金属硫族化合物中的至少一种。在其中一个实施例中，所述过渡金属硫族化合物为二硫化钼、二硫化钛、二硒化钛、二硒化铌、二硫化钽或二硫化钨。在其中一个实施例中，所述少层二维纳米材料的制备方法包括：将第一胶带粘贴在所述少层二维纳米材料对应的块状晶体表面；以及将所述第一胶带从所述块状晶体表面撕下，使二维纳米材料被所述第一胶带粘附从而与所述晶体表面剥离。在其中一个实施例中，所述少层二维纳米材料的制备方法还包括：将第二胶带贴合在所述第一胶带上，并与所述二维纳米材料贴合；将所述第二胶带与所述第一胶带撕开；以及重复所述贴合与撕开的步骤，从而使所述二维纳米材料的厚度减薄。在其中一个实施例中，所述重复次数为2-4次。在其中一个实施例中，所述少层二维纳米材料的制备方法进一步包括，将所述二维纳米材料转移至透明基底。在其中一个实施例中，所述光学显微镜为100-1000倍的光学显微镜。本专利技术提供的判定少层二维纳米材料晶向的方法，机械剥离得到具有平直断裂边缘的少层二维纳米材料，利用光学显微镜观察二维纳米材料中两个相邻的断裂边缘，若相邻的两个断裂边缘的夹角为60°或120°，则该断裂边缘即为少层二维纳米材料的zigzag方向。本专利技术提供的快速判定少层二维纳米材料的方法，仅需要利用光学显微镜，不会对少层二维纳米材料的表面形貌特征和晶体结构性质造成破坏，制备简单易行，判断快速直接，成本较低，也避免了晶向判断后二维纳米材料无法再利用的情况，为进一步研究二硫化钼薄膜材料的物理特性打下了基础。附图说明图1为二维纳米材料Zigzag方向示意图；图2为本专利技术一实施少层二维纳米材料的转移步骤示意图；图3为二硫化钼薄膜断裂边缘的光学显微镜图；图4a为本专利技术一实施例二硫化钼薄膜断裂的光学显微镜图；图4b为图4a所示二硫化钼薄膜断裂边缘附近区域的原子力显微镜图。其中，少层二维纳米材料1，第一胶带2，第二胶带3，透明基底4。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1，在二维纳米材料中，Zigzag方向和Armchair方向分别为呈六边形环状排列的原子在二维平面上形成的锯齿形边缘的方向和扶手椅形边缘的方向。本专利技术提供一种判定少层二维纳米材料晶向的方法，包括以下步骤：S1、提供机械剥离的少层二维纳米材料；S2、通过光学显微镜观察所述少层二维纳米材料，寻找所述少层二维纳米材料中夹角为60°或120°的相邻的两个断裂边缘；S3、判断所述断裂边缘的方向为所述少层二维纳米材料的zigzag方向。专利技术人通过研究发现，采用机械剥离方法制备的少层二维纳米材料样品，其断裂特性表现出明显的取向性，通过光学显微镜观察，寻找所述少层二维纳米材料中夹角为60°或120°的相邻的两个断裂边缘，即可确定zigzag方向，从而判断少层二维纳米材料的晶向。本专利技术所述判定少层二维纳米材料晶向的方法，不会对二维纳米材料造成破坏，并且简单易行、快速直接、成本较低。所述二维纳米材料为呈六边形环状排列的原子形成的原子层相互层叠形成。优选的，所述少层二维纳米材料的厚度小于100纳米，所述少层二维纳米材料的原子层数为1层至100层。层数越少材料的透明度越好，越容易判断二维纳米材料实际的断裂边缘。所述二维纳米材料包括但不限于石墨烯、六方氮化硼、石墨相氮化碳和过渡金属硫族化合物中的至少一种。所述过渡金属硫族化合物例如可以为二硫化钼、二硫化钛、二硒化钛、二硒化铌、二硫化钽或二硫化钨。在一实施例中，所述少层二维纳米材料的制备方法包括：将第一胶带粘贴在所述少层二维纳米材料对应的块状晶体表面；以及将所述第一胶带从所述块状晶体表面撕下，使二维纳米材料被所述第一胶带粘附从而与所述晶体表面剥离。所述块状晶体优选表层光亮、损伤较小的块状晶体。在一实施例中，所述二维纳米材料为二硫化钼，所述块状晶体为辉钼矿。在另一实施例中，所述二维纳米材料为石墨烯，所述块状晶体为石墨。请参阅图2，在一实施例中，所述少层二维纳米材料的制备方法还包括：将第二胶带3贴合在所述第一胶带2上，并与所述二维纳米材料1贴合；将所述第二胶带3与所述第一胶带2撕开；以及重复所述贴合与撕开的步骤，从而使所述二维纳米材料1的厚度减薄。在重复贴合与撕开的过程中，第二胶带3粘附二维纳米材料1暴露的表面，并从该表面剥离部分二维纳米材料层，从而使留在第一胶带2上的二维纳材料1的厚度减薄到合适的厚度。优选的，所述重复次数为2-4次。为了更清楚的观察所述少层二维纳米材料，优选的，所述少层二维纳米材料的制备方法进一步包括，将所述二维纳米材料1转移至透明基底4。在显微镜下能够通过透明基底4更清楚的观察所述少层二维纳米材料的断裂边缘，更有利于判断所述相邻两个断裂边缘的夹角。所述透明基底4相对于所述胶带可以与所述二维纳米材料具有更大的粘附力，在一实施例中，所述透明基底的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在一实施例中，所述透明基底4贴合在粘附有所述二维纳米材料1的胶带上，例如所述第一胶带2或第二胶带3上，然后将所述胶带撕下，使所述二维纳米材料1转移到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种判定少层二维纳米材料晶向的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供机械剥离的少层二维纳米材料；通过光学显微镜观察所述少层二维纳米材料，寻找所述少层二维纳米材料中夹角为60°或120°的相邻的两个断裂边缘；以及判断所述断裂边缘的方向为所述少层二维纳米材料的zigzag方向。

【技术特征摘要】
1.一种判定少层二维纳米材料晶向的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供机械剥离的少层二维纳米材料；通过光学显微镜观察所述少层二维纳米材料，寻找所述少层二维纳米材料中夹角为60°或120°的相邻的两个断裂边缘；以及判断所述断裂边缘的方向为所述少层二维纳米材料的zigzag方向。2.根据权利要求1所述的判定少层二维纳米材料晶向的方法，其特征在于，所述少层二维纳米材料的厚度小于100纳米。3.根据权利要求1所述的判定少层二维纳米材料晶向的方法，其特征在于，所述少层二维纳米材料的原子层数为1层至100层。4.根据权利要求1所述的判定少层二维纳米材料晶向的方法，其特征在于，所述二维纳米材料包括石墨烯、六方氮化硼、石墨相氮化碳和过渡金属硫族化合物中的至少一种。5.根据权利要求1所述的判定少层二维纳米材料晶向的方法，其特征在于，所述过渡金属硫族化合物为二硫化钼、二硫化钛、二硒化钛、二硒化铌、二硫化钽或二硫化钨。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，郭丹，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11