[发明专利]在无悬挂键基底上范德华外延形成原子级薄的过渡金属碲化物二维金属材料的方法

说明书

本发明属于二维材料制备领域，具体公开了一种原子能级薄层金属二维材料在无悬挂键二维基底上外延生长的制备方法，其特征在于：在无悬空键二维材料衬底上，以二维方式延伸原子级薄的2D金属纳米片的范德华外延生长方法。从而首次实现金属纳米片直至单层体系并产生原子级薄的过渡金属碲化物二维金属材料的。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及原子级薄的二维金属材料纳米片在无悬空键二维材料范德华外延生长的制备及其在电学器件的应用。

技术背景

二维(2D)层状材料(例如，石墨烯^1-3，MoS₂⁴，WSe₂^5,6，SnS₂⁷，BiI₃⁸， CdI₂⁹，和CrI₃¹⁰已成为新一代原子级薄器件的基础研究和潜在应用的新材料平台。尽管大多数努力都集中在石墨烯和2D半导体上，但金属过渡金属二硫化物(MTMD)(例如，VS₂，VSe₂，NbSe₂，TaS₂和PtTe₂)由于其特殊的物理性质 (例如电荷密度波)而引起了相当多的关注。磁性和超导性^11,12例如，TaS₂的厚度依赖的电荷-密度-波相变已被系统地控制，以探索新的多体状态^[13]。VX₂单层(X＝S，Se)中的铁磁和反铁磁性质已通过第一性原理计算预测，并具有激发电子学的激发势¹⁴。NbSe₂已经显示出具有厚度依赖性的超导特性，临界温度从单层1.0K增加到10层材料中的4.56K¹⁵。作为2D材料系列的新成员， MTMD在未来的电子，自旋电子学和催化应用中具有丰富的物理特性和令人兴奋的应用潜力。

除了具有有限尺寸和可扩展性的机械剥离薄片外^16,17，化学气相(CVD)代表了一种有前途且可扩展的制备2D-TMD的方法^18-20，特别地，已经通过使用不同形式的CVD方法成功地制备了各种2D-TMD半导体(例如，MoS₂，WSe₂) 及其异质结构^21,22。类似地，最近还探讨了CVD方法用于2D-MTMD的受控生长^23,24。例如，高质量，大面积垂直取向的1T通过CVD方法合成功能性纳米多孔金基底上的-TaS₂。在云母基板上合成了导电率高达10⁶S·m^-1的少层金属1T-VSe₂单晶纳米片²³。最近表明，通过使用常压CVD方法，可以在SiO₂/Si 衬底上容易地生长各种基于碲化物的2D-MTMD，例如VS₂,VSe₂,PtTe₂，VTe₂， NbTe₂和TaTe₂^24-28。然而，所得到的厚度2D-MTMD通常在几纳米到几十纳米的范围内。超薄，特别是单层MTMD的生长，这对于2D限制的这类新材料的基础研究和潜在技术应用至关重要，仍然是一项重大挑战。

参考文献

1.K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V. Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science 2004,306,666.

2.Q.Bao,K.P.Loh,ACS Nano 2012,6,3677.