[发明专利]一种用于喷墨印刷的高浓度高稳定过渡金属硫属化合物油墨及其制备方法

说明书

本发明属于二维材料制备技术领域，具体涉及一种用于喷墨印刷的高浓度高稳定过渡金属硫属化合物油墨及其制备方法。针对现有的过渡金属硫属化合物纳米薄片油墨浓度低、稳定性差，导致使用和存放不便的问题，本发明的技术方案是，制备方法包括如下步骤：[1]选取两种剥离溶剂，配制成二元良溶剂体系；[2]向二元良溶剂体系中加入水溶性高分子化合物，得到混合溶剂；[3]将通过超声剥离的方法从过渡金属硫属化合物粉体上剥离出过渡金属硫属化合物的纳米薄片；[4]离心分离，取上清液即为过渡金属硫属化合物纳米薄片分散液；[5]加入物性调节剂得到过渡金属硫属化合物油墨。本发明适用于过渡金属硫属化合物二维材料的喷墨印刷。

技术领域

本发明属于二维材料制备技术领域，具体涉及一种用于喷墨印刷的高浓度高稳定过渡金属硫属化合物油墨及其制备方法。

背景技术

以石墨烯为代表的二维层状材料由于二维尺度上的局域特性，使其具有不同于三维块体材料的特殊物理及化学特性，被广泛应用于电子器件的制造中。与石墨烯结构类似，MoS₂、WSe₂、WS₂等典型过渡金属硫属化合物(TMDs)也属于层状化合物，层与层之间由范德华力结合。单层或少层过渡金属硫属化合物具有强的光与物质交互作用、自旋轨道耦合、自旋-谷自由度等独特的电学及光学特性，使其在光电器件及谷器件领域具有极大的应用前景。

目前过渡金属硫属化合物获得纳米薄层结构的实现方法主要有：微机械力剥离法、锂离子插层法、液相超声剥离法和化学气相沉积法等。其中，微机械力剥离法产量低，无法大规模制备且可重复性差；锂离子插层法工艺耗时、制备条件苛刻；化学气相沉积法制备成本高、工艺控制复杂。液相超声剥离法通过选取合适的剥离溶剂，利用超声波振荡从块材上剥离出薄层材料，经离心后获得薄层纳米片，具有操作简单、制备技术灵活性高、适合规模化生产的显著优点。

过渡金属硫属化合物纳米薄片在应用于器件制造时，往往需转移至基底上，操作难度大且工艺周期长，仅可得到单个器件而难以实现器件的大面积制备。将过渡金属硫属化合物纳米薄片油墨化并采用喷墨印刷技术，可以方便、快捷、低成本的实现大面积电子器件的制备。现有技术(Li J,Naiini M M,Vaziri S,et al.Inkjet Printing of MoS₂[J].Advanced Functional Materials,2015,24(41):6524-6531.)利用二甲基甲酰胺为溶剂，乙基纤维素为稳定剂，采用液相超声剥离得到了二硫化钼纳米薄片；然后采用真空蒸馏的方法用松油醇置换二甲基甲酰胺得到二硫化钼/松油醇分散液；最后加入一定比例的乙醇混合得到喷墨印刷用油墨。该技术工艺过程复杂，所选取的剥离溶剂体系毒性大，所制备的油墨浓度仅为0.1mg/mL，且油墨的稳定性较差，仅能存放一周时间。

发明内容

针对现有的过渡金属硫属化合物纳米薄片油墨浓度低、稳定性差，导致使用和存放不便的问题，本发明提供一种用于喷墨印刷的高浓度高稳定过渡金属硫属化合物油墨，其目的在于：使得过渡金属硫属化合物纳米薄片能够在较高浓度的条件下具有很强的稳定性，从而方便使用和长时间保存。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于喷墨印刷的高浓度高稳定过渡金属硫属化合物油墨的制备方法，包括如下步骤：

[1]选取两种剥离溶剂，配制成二元良溶剂体系；

[2]向步骤[1]得到的二元良溶剂体系中加入水溶性高分子化合物，得到混合溶剂；

[3]将过渡金属硫属化合物粉体分散到步骤[2]得到的混合溶剂中，然后通过超声剥离的方法从过渡金属硫属化合物粉体上剥离出过渡金属硫属化合物的纳米薄片；

[4]对经过步骤[3]处理后得到的分散液进行离心分离，取上清液即为过渡金属硫属化合物纳米薄片分散液；