[发明专利]一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法

说明书

本发明公开一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法。该方法采用范德华外延生长技术制备CdSe或CdS二维单晶纳米片，此方法的特征是采用表面光滑且无化学悬键的云母片为衬底，以CdCl2粉末、Se粉或S粉为源材料，氩气为载气，在高温条件下CdCl2蒸气与Se或S蒸气反应形成CdSe或CdS蒸气，然后沉积到云母片上形核并外延生长成为CdSe或CdS二维单晶纳米片。该法操作简单、成本较低、可控性强，获得的CdSe或CdS具有尺寸均匀性好、结晶度高等优点，在太阳能电池、场效应晶体管、光电探测器、光催化等领域具有重要的研究价值和广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米半导体技术领域。更具体地，涉及一种大面积硒化镉(CdSe)和硫化镉(CdS)二维单晶纳米片的制备方法。

背景技术

近年来，二维纳米材料以其独特的结构和物理化学特性引起了全球范围内的研究热潮，在基础研究和工业生产领域均展现出了巨大的应用潜力。目前研究最广泛的二维材料主要是以石墨烯和过渡金属硫族化合物为主的层状材料。石墨烯具有强度大、载流子迁移率高等优点，但本征石墨烯带隙为零，导致了基于其的场效应晶体管电流开关效率较低。层状的过渡金属硫族化合物与石墨烯结构相似，由于层间较弱的范德华作用力有利于将其剥离为超薄的二维纳米结构。过渡金属硫族化合物二维纳米材料所展现出来的性质在一定程度上弥补了石墨烯的不足，具有1-2eV可调控的带隙。例如二硫化钼、二硫化钨等，当其由块状变为单层形态时，其带隙会从间接带隙转变为直接带隙，这使得其在电子学和光电子学领域中有相当大的应用前景(Q.H.Wang,Kourosh Kalantar-Zadeh,Andras Kis,Jonathan N.Coleman and Michael S.Strano.Electronics and optoelectronics oftwo-dimensional transition metal dichalcogenides.Nature Nanotechnology,2012,7,699-712)。

然而，很多具有优异特性的非层状材料由于其晶体结构的局限性，缺少二维各向异性生长的驱动力，所以制备非层状材料的二维纳米结构具有很大的挑战性。近期的研究表明，非层状材料的二维结构制备获得了很大的进展。科学家们采用范德华外延技术先后制备出了碲、砷化镓、钙钛矿等材料的二维纳米片状结构(Q.S.Wang,M.Safdar,K.Xu,M.Mirza,Z.X.Wang,and J.He.Van der Waals Epitaxy and Photoresponse ofHexagonal Tellurium Nanoplates on Flexible Mica Sheets.ACS Nano,2014,8,7497-7505；Y.Alaskar,S.Arafin,D.Wickramaratne,M.A.Zurbuchen,L.He,J.McKay,Q.Lin,M.S.Goorsky,R.K.Lake,K.L.Wang.Towards van der Waals Epitaxial Growth of GaAson Si using a Graphene Buffer Layer.Adv.Funct.Mater.2014,24,6629-6638；Y.P.Wang,Y.F.Shi,G.Q.Xin,J.Lian,and J.Shi,Two-Dimensional van der WaalsEpitaxy Kinetics in a Three-Dimensional Perovskite Halide.Cryst.GrowthDes.2015,15,4741-4749.)。这些非层状材料二维纳米结构的成功制备丰富了二维材料的数据库，也为其在太阳能电池、晶体管、光电探测器等领域中的应用提供了可能。