[发明专利]一种二维过渡金属硫化物的可控相转变方法

说明书

本发明公开了一种二维过渡金属硫化物1T或1T′相到2H相的可控相转变方法，包括以下步骤：(1)制备单层1T或1T′相的二维过渡金属硫化物，并进行均相处理；(2)制备图案化的导热碳膜；(3)利用激光加热导热碳膜区域，使单层1T或1T′相转变为2H相的二维过渡金属硫化物；(4)洗涤去除导热碳膜，即完成可控相转变。本发明中由于导热碳膜的导热性好，使得扫描区域的热量均匀分布，热量迅速扩散到整个膜层，保证相变的均匀性，可以使得激光改性的效率更高，更精准，更均匀。

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其涉及一种二维过渡金属硫化物的相转变方法。

背景技术

二维过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenides，TMDs)是目前材料领域的一个研究热点，有希望在超薄电子和光电子工业取代传统的半导体材料。它们同半金属性的石墨烯、绝缘晶体(如六方氮化硼)一起，被视为基于二维van der Waals晶体来制备新一代纳米电子器件的基本单元。

TMDs材料的单位晶格包括一个过渡金属原子，如钼(Molybdenum)、钨(Tungsten)和钒(Vanadium)等；硫属指周期表硫那一栏的元素，譬如硫(sulfur)、硒(selenium)、碲(tellurium)等。一个过渡金属原子与两个硫属元素原子所组成的分子就叫TMDs，如二硫化钼(MoS₂)、二硒化钒(VSe₂)等。

以二硫化钼为例，二硫化钼(MoS₂)纳米材料作为一种过渡金属硫化物，类似于二维层状结构的石墨烯。它具有丰富的边缘结构，比表面积大，同时具有抗光腐蚀性强、化学稳定性良好和可调禁带宽度等优异的物理化学性质。二硫化钼纳米材料可以制备新型光催化材料、纳米电子器件、传感器等，广泛应用于新材料、新能源、生物医药等多个领域。而少层二硫化钼带隙宽度在1.2-1.9eV之间，具有优异的电学、光学特性，是典型的半导体材料。其中，单层二硫化钼是禁带宽度为1.8eV的二维直接带隙半导体材料，弥补了零带隙石墨烯的不足，是制备光电器件的更佳选择，高质量、产业化制备单层MoS₂成为行业的迫切需求。

晶相控制在无机材料的精细合成中有很重要的作用，因为相结构常常和材料的诸多物理化学性质相关，比如对电导率和化学稳定性等。对于VI族过渡金属二硫化物而言，元素空间配位方式会形成不同的晶相结构，进而表现出不同的性质，比如1T或1T′相的TMDs表现出金属特性，2H相的TMDs表现出半导体特性。前人研究已经表明1T或1T′金属相TMDs在电催化性能方面优于2H相TMDs。通常1T或1T′相是亚稳定相，很容易转化为更为稳定的2H相。

以往的技术能够对TMDs单层膜进行局部的晶相改变，然而不能进行精确的定位，也不容易形成确定的图案和界面；此外，调控区域(即晶相改变区域)没有有效的保护，可能会造成一定程度的缺陷和损坏，对所需异质结不易形成规模复制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种二维过渡金属硫化物1T或1T′相到2H相的可控相转变方法，该方法易于实现二维过渡金属硫化物的局域化、图案化的相变。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种二维过渡金属硫化物1T或1T′相到2H相的可控相转变方法，包括以下步骤：

(1)制备单层1T或1T″相的二维过渡金属硫化物，并进行均相处理，使单层1T或1T′相的二维过渡金属硫化物处于同一相区；

(2)制备图案化的PDMS压模和高导热性的纳米碳粉墨水，通过微接触印刷的方法，采用纳米碳粉墨水在单层1T或1T′相的二维过渡金属硫化物表面形成图案化的覆盖层，干燥后得到图案化的导热碳膜；

(3)利用激光加热导热碳膜区域，使导热碳膜覆盖的单层1T或1T′相的二维过渡金属硫化物转变为2H相的二维过渡金属硫化物；