[发明专利]一种二硫化钼薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别是一种二硫化钼薄膜材料的制备方法。

背景技术

二硫化钼（MoS₂）是具有一种抗磁性及半导体性质的硫属化合物材料，属于六方晶系，类似于石墨的层状结构，其层内是很强的共价键，而层间则是较弱的范德华力，层与层很容易剥离，具有良好的各向异性。二硫化钼等过渡金属二硫化物由于独特的性质使其在催化剂、润滑剂、高能电池和光敏材料等方面具有广泛应用。

纳米结构材料具有独特的微观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。纳米结构的MoS₂在许多性能上得到进一步提升，突出表现在以下几个方面：比表面积大、吸附能力强、反应活性高，其催化性能尤其是催化加氢脱硫的性能更强，可用来制备特殊催化材料和贮气材料，参见：Inorganic nanotubes and fullerene-like materials,R.Tenne,Nature Nanotech.,2006,1,103-111；纳米MoS₂薄层的能带差接近1.78eV，与光的能量相匹配，在光电池材料上有应用前景，参见：Photoluminescence from chemically exfoliated MoS₂,G.Eda,H.Yamaguchi,D.Voiry,et al,Nano Lett.,2011,11,5111-5116；MoS₂类石墨结构及层间弱的范德华力有利于锂的嵌入和脱出，不同形貌的MoS₂如纳米管、纳米球等曾被用于锂离子电池研究，参见：Exfoliated MoS₂nanocomposite as an anode material for lithium ion batteries,J.Xiao,D.Choi,L.Cosimbescu,et al,Chem.Mater.,2010,22,4522-4524；随着MoS₂的粒径变小，它在摩擦材料表面的附着性与覆盖程度都明显提高，抗磨、减摩性能也得到成倍提高，参见：Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials,J.N.Coleman,M.Lotya,A.O'Neill,et al,Science,2011,331,568-571。在空间技术、超高真空或汽车传动等液体润滑剂无法使用的环境下有着极大的科学重要性。

纳米薄膜、纳米管、纳米晶等结构纳米材料的制备是实现这些材料优异性能的基础。迄今为止，人们已在MoS₂纳米材料的合成上进行了大量研究，主要有高温固相反应、热分解法、高温气固反应、气相沉积法、水热法等，其中化学气相沉积法是制备MoS₂纳米薄膜的主要手段，但存在成膜温度高、沉积速率低、参加沉积的反应源和反应后的余气易燃、易爆或有毒、需要防止环境污染等缺点，同时设备往往还要有耐腐蚀的要求。鉴于MoS₂薄膜在光电池、锂电池、固体润滑剂和其他方面的潜在应用，MoS₂薄膜材料日益受到人们的重视，如何快速、可控制备MoS₂纳米薄膜成为制约其广泛应用的条件之一。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种二硫化钼薄膜材料的制备方法，该制备方法简单快速、薄膜便于控制，为其在光电池、锂电池、固体润滑剂和其他方面的广泛应用提供了可能。

本发明的技术方案：

一种二硫化钼薄膜材料的制备方法，以MoS₂靶材为原料，在氩气和硫化氢混合气体环境中，通过磁控溅射法在基底上制备MoS₂薄膜，制备步骤如下：

1）在磁控溅射腔体内样品位置安装清洗好的基底，再安装MoS₂靶材，靶材的纯度大于99.9%，靶材指向样品位，靶材与基底的距离为3-10cm；

2）对腔体本底抽真空至1.0×10^-3Pa以下，向腔体中通入纯度为99.99%以上的Ar气，在基体电流密度为3mA/cm²、基体偏压为-600V条件下溅射清洗好的基底10min；