过渡金属硫属化合物晶体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，该过渡金属硫属化合物的化学式可以表示为MX2，其中M为中心过渡金属元素，X为硫族元素。所述制备方法包括以下步骤：制备多晶MX2粉末及MX2晶种；以及将输运介质及所述多晶MX2粉末置于一第一反应腔，将所述MX2晶种置于一第二反应腔；其中，该第一反应腔一端具有开口，该第二反应腔真空密闭且具有温度梯度，所述第一反应腔设置于该第二反应腔内的高温区，所述MX2晶种设置于该第二反应腔内的低温区。晶种设置于该第二反应腔内的低温区。晶种设置于该第二反应腔内的低温区。

【技术实现步骤摘要】
过渡金属硫属化合物晶体的制备方法


[0001]本专利技术涉及材料


技术介绍

[0002]过渡金属硫属化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)由于其独特的电学和光学性能引起了广泛关注。过渡金属硫属化合物的化学式可以表示为MX2，其中M为中心过渡金属元素(例如，IV、V、VI、VII、IX或X族元素)，X为硫族元素(例如，S、Se或Te)。
[0003]目前比较优选的制备块状过渡金属硫属化合物的方法是化学气相输运法(chemical vapor transport,CVT)。然而现有的CVT方法通常会在反应腔内壁的多个位置成核，这就限制了晶体的最终尺寸且会生成聚集状的小晶体簇，无法制备出大尺寸且高质量的过渡金属硫属化合物晶体。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，确有必要提供一种制备大尺寸、高质量过渡金属硫属化合物晶体的方法。
[0005]一种过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，该过渡金属硫属化合物的化学式可以表示为MX2，其中M为中心过渡金属元素，X为硫族元素。所述制备方法包括以下步骤：步骤S10，制备多晶MX2粉末及MX2晶种；以及步骤S20，将输运介质及所述多晶MX2粉末置于一第一反应腔，将所述MX2晶种置于一第二反应腔；其中，该第一反应腔一端具有开口，该第二反应腔真空密闭且具有温度梯度，所述第一反应腔设置于该第二反应腔内的高温区，所述MX2晶种设置于该第二反应腔内的低温区。
[0006]相较于现有技术，本专利技术提供的制备方法能够获得较大尺寸的高质量的过渡金属硫属化合物单晶晶体。
附图说明
[0007]图1为本专利技术实施例提供的过渡金属硫属化合物晶体制备方法流程图。
[0008]图2为适用于本专利技术实施例的晶种CVT生长装置结构示意图。
[0009]图3为本专利技术实施例提供的CVT生长温度梯度曲线。
[0010]图4为现有的用于生长MX2晶体的CVT生长装置结构示意图。
[0011]图5由左至右依次为采用本专利技术实施例提供的方法制备的MoSe2晶体、MoTe2晶体、PtSe2晶体样品照片。
[0012]图6由左至右依次为采用现有的CVT生长方法制备的MoSe2晶体、MoTe2晶体、PtSe2晶体样品照片。
[0013]图7为两种不同方法制备的MoSe2晶体样品的粉末X射线衍射(PXRD)图。
[0014]图8为两种不同方法制备的MoTe2晶体样品的粉末X射线衍射(PXRD)图。
[0015]主要元件符号说明
[0016]MX2多晶粉末
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11
[0017]MX2晶种
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13
[0018]输运介质
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15
[0019]第一反应腔
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31
[0020]开口
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311
[0021]第二反应腔
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33
[0022]第三反应腔
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具体实施方式
[0023]下面将结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0024]请一并参阅图1与图2，本专利技术实施例提供一种过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，该过渡金属硫属化合物的化学式可以表示为MX2，其中M为中心过渡金属元素(例如，IV、V、VI、VII、IX或X族元素)，X为硫族元素(例如，S、Se或Te)。具体地，所述MX2可以为MoS2、MoSe2、MoTe2、PtSe2、PtS2、PtTe2、WSe2、WTe2、ReSe2、ReS2、VS2、VSe2、CrSe、CrSe2、PdS2、PdSe2、PdTe2、TiS2、TiSe2、NbS2、NbSe2、TaS2、TaSe2等。
[0025]所述制备方法包括以下步骤：
[0026]步骤S10，提供MX2多晶粉末11及MX2晶种13；
[0027]步骤S20，提供一第一反应腔31，所述第一反应腔31一端具有一开口311，所述MX2多晶粉末11及输运介质15置于所述第一反应腔31内；以及
[0028]步骤S30，提供一第二反应腔33，该第二反应腔33为真空密闭腔体，所述第一反应腔31与所述MX2晶种13分别置于所述第二反应腔33内进行CVT生长，其中，所述第一反应腔31置于源端，所述MX2晶种13置于沉积端。
[0029]步骤S10中，所述多晶MX2粉末11为百微米级别、无明显光泽的粉末，容易存在孪晶、晶界或粗糙表面。
[0030]该多晶MX2粉末11可以通过将高纯度的M元素和X元素混合物直接固态反应获得。所述高纯度是指纯度范围在99％～99.99999％之间，例如本实施例中Mo纯度为99.95％，Pt纯度为99.9％，Se纯度为99.999％，Te纯度为99.999％。将上述M元素和X元素的混合物在真空条件下以一定速率逐渐加热至反应温度并保持一段时间，可以得到作为前驱体的多晶MX2粉末11。其中，所述一定速率可以为小于20开尔文/分钟，具体在本实施例中，M元素和X元素的混合物在真空石英安瓿瓶中以5开尔文/分钟的速率加热至1073开尔文，并在1073开尔文保持3天。
[0031]所述MX2晶种13为单晶晶体，尺寸范围在500微米～1毫米之间，且该MX2晶种13的形状规则，外表通常具有光泽，没有明显的晶界、孪晶或者粗糙部分。
[0032]该MX2晶种13可以利用上述多晶MX2粉末11进行制备。例如，在本实施例中，利用化学气相输运法(chemical vapor transport,CVT)制备所述MX2晶种13，该方法可以包括以下步骤：
[0033]步骤S101，将多晶MX2粉末11和输运介质置于一真空密封的反应室内进行CVT生长，获得MX2晶体13；
[0034]步骤S102，除去所述MX2晶体中残留的输运介质；
[0035]步骤S103，选取尺寸范围在500微米～1毫米的MX2晶体作为MX2晶种13。
[0036]步骤S101中，所述反应室可以选用石英作为材料，如石英管。所述反应室水平设置于一温度梯度内，该温度梯度可以由同样水平放置的管式炉产生。该管式炉内的温度梯度可以参考附图3，该图中T
H
为高温区(源端)温度，T
D
为低温区(沉积端)温度，管式炉中温度从源端到沉积端逐渐递减，ΔT
HD
为源端与沉积端温度的差值，本实施例中ΔT
HD
约为50K。
[0037]所述输运介质可以根据所述MX2多晶粉末11进行选取，例如，当所述MX2多晶粉末11为MoSe2时，所述输运介质可以为SeCl4，当所述MX2多晶粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，该过渡金属硫属化合物的化学式可以表示为MX2，其中M为中心过渡金属元素，X为硫族元素；其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供MX2多晶粉末及MX2晶种；提供一第一反应腔，所述第一反应腔一端具有一开口，所述MX2多晶粉末及输运介质置于所述第一反应腔内；以及提供一第二反应腔，该第二反应腔为真空密闭腔体，所述第一反应腔与所述MX2晶种分别置于所述第二反应腔内进行CVT生长，其中，所述第一反应腔置于源端，所述MX2晶种置于沉积端。2.如权利要求1所述的过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，其特征在于，所述多晶MX2粉末通过将M元素和X元素的混合物固态反应获得。3.如权利要求1所述的过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，其特征在于，所述MX2晶种为单晶晶体。4.如权利要求1所述的过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，其特征在于，所述MX2晶种尺寸范围在500微米～1毫米之间。5.如权利要求3或4所述的过渡金属硫属化合物晶体的制备方法，其特征在于，进一步对MX2晶种经由切割具有规则的形状。6.如权利要求1所述的过渡金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，吴扬，范守善，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：