[发明专利]一种锡烯粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于二维新材料制备领域，特别涉及一种锡烯粉体的制备方法。

背景技术

二维纳米材料如石墨烯、过渡金属硫化物等，以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。其中，石墨烯作为最具代表性的二 维材料已经被广泛研究。它具有超高的载流子迁移率，但缺乏带隙却严重阻碍了石墨烯在逻辑半导体器件如场效应晶体管中的应用。而作为过渡金属硫化物半导体家族的代表成员，二硫化钼具有明显的带隙，且在n-型晶体管中表现出优异的开关比特性。 然而，二硫化钼 中结构缺陷存在可能会导致电子迁移率的降低，从而影响它的电学性能。因此，探索更多的新型功能二维半导体材料仍然意义重大。

狄拉克材料是一类具有狄拉克圆锥型能带结构的新型材料，该特殊的能带结构将导致电子的行为类似有效质量为零的相对论粒子从而实现极高的迁移率和极低的电阻率，进而可以大幅提高电子器件的处理速度。狄拉克材料最典型的代表就是当前世界研究热点之一的石墨烯。石墨烯是世界上第一个绝对厚度只有一个原子层的二维材料，其具有优越的电导和热导性能从而被期待广泛应用于高速电子和光电子领域。然而由于石墨烯不具有带隙，限制了其电流控制的开/关比，导致其超高电子迁移率很难应用到高速逻辑器件中。

拓扑绝缘体是最近几年新兴起的一类新的固体状态，其内部具有带隙从而是绝缘体，而边界(表面对于三维，边缘对于二维)则是导体且其传导受到时间反演对称性保护，防止了由非磁性杂质和缺陷导致的散射的发生，从而可实现极高的载流子迁移率和极低的电阻率。然而截至目前，拓扑绝缘体特性仅能在极低温度(低于10K)下观测到从而使其很难具有实际应用。

与碳同处于IV族的锡也可以形成和石墨烯相似的单层蜂窝状晶体结构，且作为一种宽带隙二维拓扑绝缘体，其物理性质在一些方面将优于石墨烯。单原子层锡(锡烯)是一种宽带隙二维拓扑绝缘体，子自旋霍尔效应可以导电且电流方向与电子自旋方向锁定。如能获得高质量的锡烯材料，利用其特性，用于高性能器件的研究，将有望解决当前微电子产业面临的困境。

与石墨烯相比，锡烯的最大优点是拥有能隙，而且锡烯能隙的大小可通过改变堆叠的锡烯层数进行调节，这使得锡烯很容易进行光探测，因此锡烯在场发射晶体管、光电转换器件、二次电池等方面具有巨大的潜在应用价值。

发明内容

本发明提供了一种锡烯粉体的制备方法，不仅所制备的锡烯尺寸适中且均匀，而且工艺简单、成本低廉、剥离时间短、锡烯产率高，易于实现规模化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种制备锡烯的方法，包括如下步骤；

步骤A：将含量为99.9%的锡锭，冷却至零下20度，锡锭变成一堆粉末，得到锡粉；

步骤B：将锡粉分散在分散液中，并超声处理0.5～200小时，超声频率为15Hz，功率密度为100w，再进行固液分离，得到插层锡粉；其中，所述的分散液为无机酸溶液、无机碱溶液、盐溶液、有机溶液或离子液体中的至少一种；

步骤C：将插层锡粉分散到化学发泡剂溶液中，并超声处理0.5～200小时，超声频率为15Hz，功率密度为100w，再进行固液分离，然后对固液分离后的固体进行干燥，从而得到锡粉与化学发泡剂的固体混合物；其中，每毫升化学发泡剂溶液中分散0.1～100mg的插层锡粉；

步骤D：对锡粉与化学发泡剂的固体混合物进行微波处理，微波功率为100～1000W，在微波处理1秒～1小时后，即制得成品锡烯粉体。

步骤C中所述的化学发泡剂溶液由化学发泡剂与溶解液混合而成；其中，化学发泡剂为水杨酸、碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、偶氮类化合物、高氯酸化合物、叠氮类化合物 或酰肼类化合物中的至少一种；所述溶解液为水、甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氢呋喃、二苯醚、苯、甲苯、二甲苯、己烷或环己烷中的至少一种。

优选的，在步骤B中，先向分散液中加入添加剂，再将锡粉分散在分散液中；其中，所述的添加剂为离子型表面活性剂，非离子型表面活性剂或具有油水双亲性质的化合物中的至少一种。

步骤B中所述无机酸溶液为稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸或稀磷酸中的至少一种，其浓度为0.001～5mol/L，pH值为0.1～7。

步骤B中所述无机碱溶液为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种，其浓度为0.001～5mol/L，pH值为7～12。