二維納米材料的制備

王貝貝　張珍軍

摘要：近年來，二維材料如石墨、六方氮化硼和二硫化鉬，由于他們獨特的電子和結構特性，受到了國內(nèi)外科學家的廣泛關注，尤其是作為可飽和吸收體，在產(chǎn)生超短脈沖的應用上起到了至關重要的作用。文章歸納總結了二維納米材料的幾種制備方法。

關鍵詞：二維材料；自上而下法；自下而上法

0引言

在二維材料如石墨烯、氮化硼和過渡金屬硫化物等制備方法體系上已經(jīng)日漸成熟，常用的方法有自上而下的微機械剝離和液相剝離法、自下而上的化學氣相沉積、物理氣相沉積和分子數(shù)外延等。

1自上而下制備方法

1.1微機械剝離法

用膠帶從塊狀樣品上粘下一片并重復剝離的方法稱為微機械剝離法。例如石墨烯，能夠使用微機械剝離的方法從高定向熱解石墨上剝離得到。用此方法制備的樣品表面干凈，樣品品質高，適合用于材料特性和器件等方面的基礎研究。不過，獲得樣品效率比較低，且制備的樣品尺寸小，無法控制樣品層厚度，在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化研究上存在著很大的局限性。

1.2液相剝離法

液相剝離法是能大量獲得樣品的一種方法，主要通過液相分散介質分散晶體粉末，其使用超聲、離心等手段提供外部作用力，獲得原子薄層厚度的樣品。同樣這種措施也存在弊端，采用此方法獲得的樣品層數(shù)分布不均勻，樣品品質和尺寸較差，一般情況用此方法進行化學改性方面的研究。

相較于液相剝離法，離子插層法是另一種基于液相剝離的辦法，1970年Morrison等最早用離子插層來完成樣品的剝離。3種離子插層法完成剝離的情況如圖1所示。

2自下而上制備方法

2.1化學氣相沉積

化學氣相沉積法是制備高質量半導體薄膜晶體的常見方法，原理是利用反應物之間的氧化還原，生成固態(tài)沉淀物形成薄膜。2009年Ruffo團隊以銅箔為襯底，甲烷為碳源，得到大面積石墨烯薄膜，如圖2所示。

在化學氣相沉積過程中，溫度、氣壓及氣流大小都會影響最終成膜質量，可以通過改變這些參數(shù)控制成膜狀況。sina團隊利用化學氣相沉積得到不同形貌二硫化鉬并通過特制的模板得到了不同圖案的二硫化鉬薄膜。通過控制沉積條件，在絕緣基底上得到了二硫化鉬二硫化鎢異質節(jié)和平面間的二硒化鎢二硒化鉬異質節(jié)，如圖3所示。

2.2物理氣相沉積

物理氣相沉積不需要經(jīng)歷氧化還原過程，只是經(jīng)過蒸發(fā)沉積等物理過程，這是與化學氣相沉積法最大的區(qū)別。物理氣相沉積法適合于升華溫度較低的過渡金屬硫化物、金屬等材料。按照不同過渡金屬硫化物材料升華溫度的差異，中國科學院納米研究所謝黎明課題組將二硫化鉬和二硒化鉬放置在不同溫度之間，同時得到適合升華速率的氣體，同樣在低溫區(qū)的絕緣基底上沉積得到單層樣品。

3結語

二維材料多方面的優(yōu)異特性決定了其廣闊的應用前景，在制備納米材料的方法和制作工藝上，研究者也在不斷地進行創(chuàng)新和完善，旨在推進二維納米材料在各個領域中更加廣泛的應用。