[发明专利]一种新型二维三元化合物的制备方法及纳米片

说明书

本发明公开了新型三元二维材料纳米片的制备方法，属于纳米片制备技术领域。本发明利用真空封管技术将高纯度单质烧结成高质量的InGeTe3单晶，并通过将合成得到的InGeTe3粉末加入有机溶剂中，在恒温条件下，用超声波对该溶液进行液相剥离处理，即可得到在有机溶剂中均匀分散、厚度极小的InGeTe3纳米片。本方法可实现高质量单晶的生成；结合有机溶剂，利用液相超声剥离法，实现高效率、重复性好、可控性强的二维InGeTe3纳米片的制备。本发明化学工程简单、生产成本较低、反应周期短、重复性好的优点，适合于大规模制备二维InGeTe3纳米片。

技术领域

本发明涉及纳米片制备技术领域，尤其涉及一种新型二维三元化合物的制备方法。

背景技术

近50年来,硅基半导体技术一直沿着摩尔定律高速发展。根据2011年国际半导体技术发展蓝图(ITRS)的预测,目前这种发展趋势至少可以持续到2026年,其器件的特征尺寸将缩小至5nm。随着近些年来硅基半导体工艺不断推进，晶体管尺寸已经接近物理极限，半导体器件面对着短沟道效应、漏栅极漏电流增大、功耗增大的挑战，急需一类有潜力的新型半导体材料来克服当前的困境，为摩尔时代带来新的机遇。自2004年Geim和Novoselov成功机械剥离出石墨烯以来,二维材料成为人们的研究热点。由于石墨烯电学、热学、力学性能良好，且具有很高的载流子迁移率、热导率，在高速电子、光电子、传感器和储能等领域得到了广泛研究。但石墨烯材料的一个突出问题是没有禁带，已成为制约石墨烯微电子和光电子器件发展的瓶颈问题。二维过渡金属硫化物(TMDCs)虽然拥有合适的带隙和优良的性能，但其迁移率较低。宽带隙的六方氮化硼材料的绝缘性、拥有合适带隙、极高迁移率的黑磷烯的不稳定性，使得学者们开始探索新的材料种类，寻找更为优异合适的新材料来满足需要。

InGeTe3作为一种新型的、具有层状结构的三元材料由于其优异的物理化学性质，将成为低维材料研究领域的一颗新星。InGeTe3材料在理论上的解理能比石墨的小，可以通过剥落其块体来获得InGeTe3单分子层。理论预测InGeTe3材料从块体到单层均是直接半导体，且单层InGeTe3直接带隙约为1.41eV，可见光吸收强，具有很高的电子载流子迁移率，可达3×103cm2V-1s-1，在太阳能电池、光电探测器、场效应晶体管等应用领域具有广阔的前景。然而目前对于InGeTe3材料的研究较少，只有一些关于其性质的理论计算，实验方面的研究几乎没有。至于如何得到二维InGeTe3纳米片更是少之又少，一定程度限制了InGeTe3的应用与发展。

发明内容

本发明提出了一种新型三元二维材料(InGeTe₃)纳米片的制备方法。本方法具有化学工程简单、生产成本较低、反应周期短、重复性好的优点，适合于大规模制备二维InGeTe₃纳米片。

为了达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案：一种新型三元二维材料纳米片的制备方法，包括以下制作步骤：

步骤(1)单晶粉末制作：将In、Ge、Te单质粉末按照化学计量比配料，研磨至均匀混合，并放入石英管中，使用封管机对石英管真空封管，放入马弗炉中烧结，制得InGeTe3单晶粉末。

步骤(2)液相剥离处理：选取一种有机溶剂，将其装入超声瓶内；将步骤(1)中获取的InGeTe3单晶粉末放入同一个超声瓶中进行液相超声处理；得到分散在有机溶剂中的InGeTe3纳米片；同时也得到含有InGeTe3纳米片的分散液。

步骤(3)离心处理：将步骤(2)获取的分散液进行离心处理，收集上清液；将上清液滴在Si片衬底上，进行干燥，即能够在电镜下观察到InGeTe3纳米片。

进一步的，步骤(1)单质粉末In、Ge、Te化学计量比选用1:1:3。

进一步的，步骤(1)马弗炉温度选用470～550摄氏度，其结烧时间为2-3天。

进一步的，步骤(2)有机溶剂选用无水乙醇与甲基吡咯烷酮1:1的混合溶液。