一种二硫化钨的可控制备方法与流程

本发明涉及纳米材料的制备方法，具体而言，涉及一种二硫化钨的可控制备方法。

背景技术：

二维材料因为其优良的电学、光学、热学等特性，激发了无数学者的研究热情，受到材料学领域的广泛关注。而二维材料的性质与层数、缺陷等因素密切相关，二维材料的制备是研究其性质与应用的基础。因此可控制备大尺寸高质量的二维材料是这一领域的研究重点。二维二硫化钨是一种类石墨烯的新型二维材料，在电学器件、能源、生物和复合材料等方面有极大的应用潜力。

制备二维二硫化钨方法包括机械剥离、电化学锂离子插层法、液相剥离法。水热法以及化学气相沉积法等，其中化学气相沉积法在制备二维二硫化钨时有着尺寸、层数可控，材料结晶质量高等方面的优势。目前CVD法制备二硫化钨的研究较少，已有的报道中制备的二维二硫化钨尺寸只有几十到一百微米，无法达到可控生长的目的。我们围绕化学气相沉积法，改进生长工艺，使生长过程不再需要真空低压条件，在常压下就可进行，使用简单的单温区管式炉即可生长出高质量的，使实验过程更加简单，实验成本大大降低，并且提高了实验制备的可控性。

技术实现要素：

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种可控制备大面积二维二硫化钨的方法，能够可控制备出大面积的二维二硫化钨。

为解决上述问题，本发明提供了一种可控制备大面积二维二硫化钨的方法：

步骤1，清洗衬底。

(1)按尺寸挑选硅片，处理后硅片表面覆盖了一层二氧化硅，二氧化硅表面抛光，二氧化硅的厚度可以是100-300nm，形成二氧化硅/硅衬底。该衬底放置于加入洗洁剂的去离子水中，超声30-60min；

(2)将衬底用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声10-30min；

(3)将衬底放入无水乙醇溶液中超生10-20min后取出用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声10-20min；

(4)将衬底放入丙酮溶液中超声15-25min后取出用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声10-20min，最后放置于无水乙醇中备用。

步骤2，将一定重量的S放置于石英舟中并将其置于距管式炉进气口25cm处；将一定重量的WO₃放置于另外一个石英舟中，将二氧化硅/硅衬底斜搭在石英舟上，将其置于加热区中心。管式炉预先通氮气25-60分钟，氮气流量为60-200sccm，将管中空气排净。

步骤3，将氮气流量调整为50-200sccm，以15-30℃/min的加热速度将管式炉升温至800-950℃，保温15-45min。

步骤4，待管式炉自然降温到室温时，降至室温时取出样品，打开炉盖取出样品。

本发明的有益效果：

(1)二维二硫化钨的生长过程可控；(2)制备的二维二硫化钨面积大，三角形晶粒的边长可达120μm左右，连续薄膜的横向尺寸可达毫米量级；(3)简化了衬底的清洗方式、过程，减少了清洗衬底的操作步骤；(4)采用常压化学气相沉积法，不需要抽真空过程，进一步减少了操作步骤，使得实验可以快捷方便地进行。

本发明经过大量实验验证，总结出一种行之有效的制备方法，不仅工艺简便，而且产物质量高。

附图说明

图1实验装置示意图；

图2 WS₂的光学显微镜图(a)、拉曼光谱(b)和光致发光谱(c)；

图3不同温度下生长的WS₂光学显微镜图、拉曼光谱和光致发光谱：(a)850℃光学显微镜图；(b)900℃光学显微镜图；(c)拉曼光谱图；(d)光致发光谱图；

实施实例

具体实施例中的清洗衬底的方法如下：(1)将切割好的硅片(1cm×1cm)处理后形成二氧化硅/硅衬底，该衬底放置于加入洗洁剂的去离子水中，超声40min；衬底先在洗洁精溶液中超声30-60min；(2)将衬底用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声18min；(3)将衬底放入无水乙醇溶液中超生10-20min后取出用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声10-20min；(4)将衬底放入丙酮溶液中超声15min后取出用去离子水冲洗干净并在去离子水中超声10-20min，最后放置于无水乙醇中备用。

实施实例一

采用常压化学气相沉积法；称取一定0.2gWO₃和1gS，并放在两个石英舟中；将放置S的石英舟置于距管式炉进气口25cm处；将放置WO₃的石英舟中，将清洗好的二氧化硅/硅衬底(1cm×1cm)用氮气气枪吹干后，再用氧等离子清洗机清洗3min。将硅片衬底斜搭在石英舟上，将其置于加热区中心。管式炉预先通氮气60分钟，氮气流量为200sccm，将管中空气排净。将氮气流量调整为100sccm，以30℃/min的加热速度将管式炉升温至950℃，保温15min。待管式炉自然降温到室温时，打开炉盖获取所需样品。

实施实例二

采用常压化学气相沉积法；称取一定0.2gWO₃和1gS，并放在两个石英舟中；将放置S的石英舟置于距管式炉进气口25cm处；将放置WO₃的石英舟中，将清洗好的二氧化硅/硅衬底(1cm×1cm)用氮气气枪吹干后，再用氧等离子清洗机清洗3min。将硅片衬底斜搭在石英舟上，将其置于加热区中心。管式炉预先通氮气50分钟，氮气流量为250sccm，将管中空气排净。将氮气流量调整为150sccm，以30℃/min的加热速度将管式炉升温至900℃，保温25min。待管式炉自然降温到室温时，打开炉盖获取所需样品。

实施实例三

采用常压化学气相沉积法；称取一定0.1gWO₃和1gS，并放在两个石英舟中；将放置S的石英舟置于距管式炉进气口25cm处；将放置WO₃的石英舟中，将清洗好的二氧化硅/硅衬底(1cm×1cm)用氮气气枪吹干后，再用氧等离子清洗机清洗3min。将硅片衬底斜搭在石英舟上，将其置于加热区中心。管式炉预先通氮气60分钟，氮气流量为200sccm，将管中空气排净。将氮气流量调整为100sccm，以30℃/min的加热速度将管式炉升温至850℃，保温20min。待管式炉自然降温到室温时，打开炉盖获取所需样品。

实施实例四

采用常压化学气相沉积法；称取一定0.1gWO₃和1gS，并放在两个石英舟中；将放置S的石英舟置于距管式炉进气口25cm处；将放置WO₃的石英舟中，将清洗好的二氧化硅/硅衬底(1cm×1cm)用氮气气枪吹干后，再用氧等离子清洗机清洗3min。将硅片衬底斜搭在石英舟上，将其置于加热区中心。管式炉预先通氮气60分钟，氮气流量为200sccm，将管中空气排净。将氮气流量调整为100sccm，以30℃/min的加热速度将管式炉升温至950℃，保温15min。待管式炉自然降温到室温时，打开炉盖获取所需样品。