【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二维材料非线性光学器件领域，具体涉及一种二维材料器件及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前成熟的非线性材料为三维光学晶体，如linbo3等，然而这类材料难以满足下一代光学器件小型化、集成化的需求。光学二次谐波(shg)是一种二阶非线性光学现象，即出射光的频率为入射光的两倍。光学二次谐波不仅是科研领域研究材料结构对称性、电极化畴分布和磁性序等的重要手段，而且还有着广泛的应用前景，如激光光源、光信号处理、量子光源、光子调制、生物医药成像等。具有光学二次谐波效应的二维材料的研究为微纳光子器件的实现带来了一丝曙光。
2、目前常用的二维材料包括过渡金属硫族化合物和nboi2。过渡金属硫族化合物(tmdcs)作为最具代表性的二维二阶非线性光学材料，尤其引人关注。然而，这种材料仅在奇数层薄膜中展现出中心对称破缺特性，偶数层不具备这一特性。此外，由于层间耦合效应较强，其电子能带结构会随厚度的增加发生显著变化。因此，其光学二次谐波强度并未遵循传统的厚度平方关系，不会随厚度的增加而增强。nboi2是目前已知的具有最大二次谐波转化效率的二维材料，这一重要发现由abdelwahab等人在2022年发表。随后，在2023年，郭强兵等研究者利用其姊妹材料nbocl2薄膜构建了超薄量子光源。然而，这类材料在空气中的稳定性有待提高，长时间暴露会导致薄膜从边缘开始发生降解，因此通常需要用六方氮化硼薄膜进行覆盖保护。科研人员尝试利用金刚石对顶砧对大尺寸nboi2单晶材料(非薄膜)施加静水压力，从而调节其二次谐波特性。然而，这种方法技术难
3、现有二维材料实时应变调控器件的常规制备流程包括：利用胶带解离法将薄膜样品转移到有机薄膜衬底上，然后对有机衬底施加应变，应变会传递至薄膜样品，从而对其物理特性产生调控效果。在这一过程中，应变传递的效率受到薄膜样品与衬底之间结合力大小的影响。如果结合力过小，样品和衬底在应变过程中容易发生相对滑动，这会极大地降低应变的传递效率。为了解决这一问题，2020年刘渊团队创新性地采用了旋涂的方法，将过渡金属硫族化合物(mos2)薄膜封装在柔性pva中。这一方法显著增强了衬底与材料之间的相互作用，避免了应变过程中的相对滑动，从而显著提高了应变传递的效率。此方法有效地调节了mos2的光学带隙，但最后一步是通过旋涂溶液对薄膜样品进行封装，可能会对样品的表面产生污染，不利于器件的拓展应用。此外，现有的二维非线性光学材料二次谐波强度的应变调控范围大多在2个量级左右，这远低于我们期望的器件性能。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术在制备二维材料器件时涉及多次转移过程，增加污染二维材料的风险；现有二维材料的二次谐波性能有待进一步提升；二维材料和衬底之间易出现滑动，降低应变传递效率等缺陷，从而提供一种二维材料应变器件及其制备方法和应用。
2、为此，本专利技术提供了以下技术方案。
3、本专利技术第一方面提供了一种二维材料器件的制备方法，包括：
4、(1)获得均匀附着有聚酰胺酸的基底；
5、(2)将bi2o2se转移至聚酰胺酸表面，加热，得到聚酰亚胺和bi2o2se的复合二维材料器件。
6、所述bi2o2se为纳米片；
7、优选地，所述纳米片的尺寸为10×10μm2-50×50μm2；
8、优选地，所述纳米片的厚度为10nm-40nm。
9、所述聚酰亚胺的厚度为30μm-60μm；
10、优选地，所述二维材料器件包括至少一个bi2o2se纳米片。
11、可选地，所述二维材料器件还可以包括多个bi2o2se纳米片，例如可以包括3个、4个、5个、7个、8个、10个、15个等，对其数量不做具体限定要求。bi2o2se纳米片的形状可以为矩形、方形等形状，本专利技术对此不作具体限定。
12、其中，基底可以是玻璃或二氧化硅等无机材料，基底在280℃下具有较好的热稳定性，且基底表面平整。
13、聚酰亚胺的尺寸可以跟基底相同或者不同，优选相同，聚酰亚胺的尺寸可以是50×50mm2，20×40mm2，100×80mm2等，根据实际需求确定。
14、所述制备方法，所述步骤(2)，所述加热满足(1)-(3)中的至少一项：
15、(1)以8℃/h-11℃/h的升温速率升温至所述加热的温度；
16、(2)所述加热的温度为250℃-280℃；
17、(3)所述加热的时间为0.5h-3h。
18、所述制备方法，利用静电吸附技术将bi2o2se转移至聚酰胺酸表面。
19、所述制备方法，所述步骤(1)包括：配制含聚酰胺酸的溶液，将其涂覆在基底，待溶剂挥发后得到均匀附着有聚酰胺酸的基底；
20、优选地，采用真空干燥和加热中的至少一种方式使溶剂挥发。
21、所述步骤(1)满足(1)-(2)中的至少一项：
22、(1)所述真空干燥的压强不高于0.2个大气压，时间不低于5h；
23、(2)所述加热的温度为50℃-100℃，时间4h-6h。
24、本专利技术第二方面提供了上述制备方法制得的二维材料器件。
25、本专利技术第三方面提供了上述制备方法制得的二维材料器件的应用，所述应用至少包括对所述二维材料器件施加应变；
26、优选地，所述应变不超过5％；
27、优选地，所述应变为2.5％-5％。
28、在应用时，对二维材料器件施加的应变可以是不超过5％的任意数值，例如1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％等，本专利技术对此不作具体限定。
29、本专利技术第四方面提供了一种非线性光学器件，包括上述制备方法制得的二维材料器件。
30、本专利技术技术方案，具有如下优点：
31、1.本专利技术提供的二维材料器件的制备方法，该制备方法包括(1)获得均匀附着有聚酰胺酸的基底；(2)将bi2o2se转移至聚酰胺酸表面，加热，得到聚酰亚胺和bi2o2se的复合二维材料器件。本专利技术采用了一种提高聚合物黏附性的方法将bi2o2se纳米片牢固黏附在有机聚合物衬底上，有效避免了对该二维材料施加应变时可能出现相对滑移的问题，实现了应变的高效传递，使二维材料在应变调控下表现出高效的二次谐波性能。
32、具体地，本专利技术在聚酰胺酸缩聚生成聚酰亚胺前将bi2o2se纳米片置于聚酰胺酸表面，聚酰胺酸经缩聚生成的聚酰亚胺可以与bi2o2se纳米片产生强大的黏附力，这种黏附效应可以显著提高基底与二维材料间的应变传递效率，给二维材料提供了稳定的应变，使其能够有效地应用于应变调控研究。本专利技术以在空气下稳定性好的中心对称半导体bi2o2se纳米片作为核心材料，利用其在应变下的铁电相变机制，成功构建了具有高性能光学二次谐波效应的二维材料器件。本专利技术方法可以制得具有较高应变传递效率的二维本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维材料器件的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Bi2O2Se为纳米片；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺的厚度为30μm-60μm；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)，所述加热满足(1)-(3)中的至少一项：
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，利用静电吸附技术将Bi2O2Se转移至聚酰胺酸表面。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：配制含聚酰胺酸的溶液，将其涂覆在基底，待溶剂挥发后得到均匀附着有聚酰胺酸的基底；
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)满足(1)-(2)中的至少一项：
8.权利要求1-7任一项所述制备方法制得的二维材料器件。
9.权利要求1-8任一项所述制备方法制得的二维材料器件的应用，其特征在于，所述应用至少包括对所述二维材料器件施加应变；
10.一种非
...【技术特征摘要】
1.一种二维材料器件的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述bi2o2se为纳米片；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺的厚度为30μm-60μm；
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)，所述加热满足(1)-(3)中的至少一项：
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，利用静电吸附技术将bi2o2se转移至聚酰胺酸表面。
6.根据权利要求1-5任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：娄哲丰，乐天，杨小慧，林效，展锐雅，胡旺华，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：
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