本发明属于二维新材料制备领域，特别涉及一种锡烯粉体的制备方法。
背景技术：
二维纳米材料如石墨烯、过渡金属硫化物等，以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等多领域表现出非凡的应用潜力。其中，石墨烯作为最具代表性的二 维材料已经被广泛研究。它具有超高的载流子迁移率，但缺乏带隙却严重阻碍了石墨烯在逻辑半导体器件如场效应晶体管中的应用。而作为过渡金属硫化物半导体家族的代表成员，二硫化钼具有明显的带隙，且在n-型晶体管中表现出优异的开关比特性。 然而，二硫化钼 中结构缺陷存在可能会导致电子迁移率的降低，从而影响它的电学性能。因此，探索更多的新型功能二维半导体材料仍然意义重大。
狄拉克材料是一类具有狄拉克圆锥型能带结构的新型材料，该特殊的能带结构将导致电子的行为类似有效质量为零的相对论粒子从而实现极高的迁移率和极低的电阻率，进而可以大幅提高电子器件的处理速度。狄拉克材料最典型的代表就是当前世界研究热点之一的石墨烯。石墨烯是世界上第一个绝对厚度只有一个原子层的二维材料，其具有优越的电导和热导性能从而被期待广泛应用于高速电子和光电子领域。然而由于石墨烯不具有带隙，限制了其电流控制的开/关比，导致其超高电子迁移率很难应用到高速逻辑器件中。
拓扑绝缘体是最近几年新兴起的一类新的固体状态，其内部具有带隙从而是绝缘体，而边界(表面对于三维，边缘对于二维)则是导体且其传导受到时间反演对称性保护，防止了由非磁性杂质和缺陷导致的散射的发生，从而可实现极高的载流子迁移率和极低的电阻率。然而截至目前，拓扑绝缘体特性仅能在极低温度(低于10K)下观测到从而使其很难具有实际应用。
与碳同处于IV族的锡也可以形成和石墨烯相似的单层蜂窝状晶体结构，且作为一种宽带隙二维拓扑绝缘体，其物理性质在一些方面将优于石墨烯。单原子层锡(锡烯)是一种宽带隙二维拓扑绝缘体，子自旋霍尔效应可以导电且电流方向与电子自旋方向锁定。如能获得高质量的锡烯材料，利用其特性，用于高性能器件的研究，将有望解决当前微电子产业面临的困境。
与石墨烯相比，锡烯的最大优点是拥有能隙，而且锡烯能隙的大小可通过改变堆叠的锡烯层数进行调节，这使得锡烯很容易进行光探测，因此锡烯在场发射晶体管、光电转换器件、二次电池等方面具有巨大的潜在应用价值。
技术实现要素：
本发明提供了一种锡烯粉体的制备方法，不仅所制备的锡烯尺寸适中且均匀，而且工艺简单、成本低廉、剥离时间短、锡烯产率高，易于实现规模化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种制备锡烯的方法，包括如下步骤；
步骤A：将含量为99.9%的锡锭，冷却至零下20度，锡锭变成一堆粉末，得到锡粉；
步骤B：将锡粉分散在分散液中，并超声处理0.5～200小时，超声频率为15Hz，功率密度为100w，再进行固液分离，得到插层锡粉；其中，所述的分散液为无机酸溶液、无机碱溶液、盐溶液、有机溶液或离子液体中的至少一种；
步骤C：将插层锡粉分散到化学发泡剂溶液中，并超声处理0.5～200小时，超声频率为15Hz，功率密度为100w，再进行固液分离，然后对固液分离后的固体进行干燥，从而得到锡粉与化学发泡剂的固体混合物；其中，每毫升化学发泡剂溶液中分散0.1～100mg的插层锡粉；
步骤D：对锡粉与化学发泡剂的固体混合物进行微波处理，微波功率为100～1000W，在微波处理1秒～1小时后，即制得成品锡烯粉体。
步骤C中所述的化学发泡剂溶液由化学发泡剂与溶解液混合而成；其中，化学发泡剂为水杨酸、碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、偶氮类化合物、高氯酸化合物、叠氮类化合物 或酰肼类化合物中的至少一种；所述溶解液为水、甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氢呋喃、二苯醚、苯、甲苯、二甲苯、己烷或环己烷中的至少一种。
优选的，在步骤B中，先向分散液中加入添加剂，再将锡粉分散在分散液中；其中，所述的添加剂为离子型表面活性剂，非离子型表面活性剂或具有油水双亲性质的化合物中的至少一种。
步骤B中所述无机酸溶液为稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸或稀磷酸中的至少一种，其浓度为0.001～5mol/L，pH值为0.1～7。
步骤B中所述无机碱溶液为氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种，其浓度为0.001～5mol/L，pH值为7～12。
步骤B中所述盐溶液为氯化钠、次氯酸钠、氯化钾、次氯酸钾或季铵盐离子化合物中的至少一种。
步骤B中所述有机溶液为甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、三氯甲烷、 三氯乙烷、四氢呋喃、二苯醚、苯、甲苯、二甲苯、己烷或环己烷中的至少一种。
步骤B中所述离子液体为咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或吡咯类离子液体中的至少一种。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
一种制备锡烯的方法，包括如下步骤；
步骤A，将含量为99.9%的锡锭，冷却至零下20度，锡锭会"自动"变成一堆粉末，这是锡的特性。
步骤B，将锡粉分散在分散液中，并超声处理0.5～200小时，再进行固液分离，从而得到插层锡粉；所述的分散液可以为无机酸溶液、无机碱溶液、盐溶液、有机溶液或离子液体中的至少一种；无机酸溶液为无机酸的水溶液，可以采用稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸和稀磷酸中的至少一种，其浓度最好为 0.001～5mol/L，pH值为0.1～7；无机碱溶液为无机碱的水溶液，可采用氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾中的至少一种，其浓度最好为0.001～5mol/L，pH值为7～12；盐溶液可以采用氯化钠、次氯酸钠、氯化钾、次氯酸钾或季铵盐离子化合物中的至少一种；有机溶液可以采用甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氢呋喃、二苯醚、苯、甲苯、二甲苯、己烷或环己烷中的至少一种；离子液体可以采用咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或吡咯类离子液体中的至少一种。
具体地，分散液中可以先加入添加剂，再将锡粉分散在分散液中，这些添加剂可以与分散液一同插层在锡粉中，从而增大了插层锡粉的间隙，使之更容易形成锡烯；添加剂可以采用现有技术中的离子型表面活性剂，非离子型表面活性剂或具有油水双亲性质的化合物中的至少一种；分散液中是否需要加入添加剂可以根据实际需求进行确定。超声处理可以将加入了锡粉的分散液放入到现有技术的超声装置中进行，并且超声装置的超声频率最好为15Hz，功率密度最好为100w，超声处理的时间可以为0.01～200小时，但最好为0.5～100小时，这可以使分散液与锡粉在超声中振荡分散，十分有助于分散液插入到锡粉中形成插层锡粉。固液分离可以采用现有技术中的过滤法或离心分离法，在实际应用中，最好采用去离子水对固液分离得到的固体进行数次洗涤，然后采用现有的干燥技术将其干燥至恒重，从而得到干燥的固体插层锡粉。
步骤C，制备插层锡粉与化学发泡剂的固体混合物：将插层锡粉分散在化学发泡剂溶液中，并超声处理0.5～200小时，再进行固液分离，然后对固液分离后的固体进行干燥，从而得到插层锡粉与化学发泡剂的固体混合物。
其中，每毫升化学发泡剂溶液中最好分散0.1～100mg的插层锡粉。所述化学发泡剂溶液可以由化学发泡剂与溶解液混合而成；化学发泡剂可以采用水杨酸、碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、偶氮类化合物(例如：偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、对氨基偶氮苯、偶氮二甲酸钡等)、高氯酸化合物(例如：高氯酸铵、高氯酸钾、高氯酸钠等)、叠氮类化合物(例如：叠氮苯、叠氮二苯甲酮等)或酰肼类化合物(例如：4，4’-二磺酰肼二苯醚、对苯磺酰肼、3，3’-二磺酰肼二苯砜、4，4’-二苯二磺酰肼、1，3-苯二磺酰肼、1，4-苯二磺酰肼等)中的至少一种；溶解液可以采用水、甲醇、乙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、三氯甲烷、三氯乙烷、四氢呋喃、二苯醚、苯、甲苯、二甲苯、己烷或环己烷中的至少一种。
具体地，超声处理可以将加入了的锡粉化学发泡剂溶液放入到现有技术的超声装置中进行，并且超声装置的超声频率最好为15Hz，功率密度最好为100w，超声处理的时间最好为0.5～100小时，这可以使化学发泡剂与锡粉在超声中振荡分散，十分有助于化学发泡剂插入到锡粉中形成插层锡粉。固液分离可以采用现有技术中的过滤法或离心分离法。
干燥可以采用现有技术中的气流干燥、喷雾干燥、流化床干燥、旋转闪蒸干燥、红外干燥、微波干燥或冷冻干燥中的一种或几种。举个例子来说：在该步骤中，可以将100mg插层锡粉分散于5～500ml化学发泡剂溶液中，并进行超声震荡得到悬浊液，再将悬浊液置于现有离心机中以100～50000rpm的转速离心处理0.01～10h，弃去上层清液后，对分离出的固体进行洗涤干燥就可以得到锡粉与化学发泡剂的固体混合物。
步骤D，微波处理制备锡烯：对锡粉与化学发泡剂的固体混合物进行微波处理，微波功率为100～1000W，在微波处理1秒～1小时后，即制得成品锡烯。
具体地，最好在真空或惰性气体环境下，对锡粉与化学发泡剂的固体混合物进行微波处理，这可以提升成品锡烯的产率和纯度。将步骤D中制得的成品锡烯置于电子显微镜及激光共聚焦拉曼光谱仪下进行测试，其结果显示：该锡烯为单层至30层的锡烯，片层厚度为0.5～15nm，尺寸大小在50～4000nm之间，即本发明实施例所制备的磷烯尺寸适中 且均匀、片层薄。
综上可见，本发明实施例所提供的一种锡烯粉体的制备方法至少具备以下优点：
(1)本发明实施例采用微波处理来制备锡烯，不仅安全、简单、低成本，而且环保、效率快、产率高，易于实现锡烯的规模化生产。
(2)由上述本发明实施例所采用的原料和设备可以看出，本发明实施例对设备及
材料的要求较低，因此能够很好地控制加工成本。
(3)本发明实施例所制备的锡烯尺寸适中且均匀、片层薄，而且通过调整步骤B和步骤C中超声处理的处理时间，以及步骤D中微波处理的处理时间，可以实现对所制备锡烯的层数和尺寸进行有效控制，这可以满足不同应用领域对于锡烯的形态需求，因此本发明所制备锡烯可广泛应用于晶体管、传感器、太阳能电池、电池电极等多种领域。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几个具体实施例对本发明实施例所提供的制备锡烯粉体的方法进行详细描述。
实施例1
在100ml烧杯中加20mL稀磷酸，并向其中加0.01g锡粉，然后将该烧瓶置于超声装置中进行超声处理，超声频率为15Hz，功率密度为100w，处理时间为72h，得到插层锡粉分散液；在超声处理完成后，对插层分散锡粉液进行过滤，并用去离子水对过滤得到的固体洗涤数次，然后在50℃真空中干燥至恒重，从而得到固体插层锡粉。
取100mg上述固体插层锡粉加入到20mL浓度为0.05g/mL的高氯酸铵中，并再次置于超声装置中进行超声处理，超声震荡分散72h，超声频率15Hz，功率密度100w，然后将得到的悬浊液在3000rpm下离心分离10min，弃去上层清液后，对分离出的固体进行洗涤干燥后得到锡粉和高氯酸铵固体混合物。
对上述锡粉和高氯酸铵固体混合物进行微波加热处理，微波功率为800W，微波处理时间为5min，从而得到20层以下的锡烯，片层厚度为0.5～10nm，尺寸大小在50～500nm 之间，锡烯的产率为97％。
实施例2
在100ml烧杯中加20mL的N,N’-二甲基甲酰胺，并向其中加0.05g锡粉，然后将该烧瓶置于超声装置中进行超声处理，超声频率为15Hz，功率密度为100w，处理时间为72h，得到插层锡粉分散液；在超声处理完成后，对插层分散锡粉液进行过滤，并用无水乙醇对过滤得到的固体洗涤数次，然后在50℃真空中干燥至恒重，得到固体插层锡粉。
取100mg上述固体插层锡粉加入到20mL浓度为0.05g/mL的对氨基偶氮苯乙醇溶液中，并再次置于超声装置中进行超声处理，超声震荡分散48h，超声频率15Hz，功率密度 100w，然后将得到的悬浊液在3000rpm下离心分离10min，弃去上层清液后，对分离出的固体进行洗涤干燥后得到锡粉和对氨基偶氮苯固体混合物。
对上述锡粉和对氨基偶氮苯固体混合物进行微波加热处理，微波功率为800W，微波处理时间为3min，从而得到30层以下的锡烯，片层厚度为1.5～13nm，尺寸大小在100～1000nm之间，锡烯的产率为97％。
实施例3
在100ml烧杯中加0.5mol/L的NaPF水溶液中，并向其中加0.1g锡粉，然后将该烧瓶置于超声装置中进行超声处理，超声频率为15Hz，功率密度为100w，处理时间为24h，得到插层分散锡粉液；在超声处理完成后，对插层分锡粉散液进行过滤，并用去离子水对过滤得到的固体洗涤数次，然后在50℃真空中干燥至恒重，从而得到固体插层锡粉。
取100mg上述固体插层锡粉加入到20mL浓度为0.05g/mL的对苯磺酰肼乙醇溶液中，并再次置于超声装置中进行超声处理，超声震荡分散48h，超声频率15Hz，功率密度 100w，然后将得到的悬浊液在3000rpm下离心分离10min，弃去上层清液后，对分离出的固 体进行洗涤干燥后得到锡粉和对苯磺酰肼固体混合物。
对上述锡粉和对苯磺酰肼固体混合物进行微波加热处理，微波功率为800W，微波处理时间为10min，得到30层以下的锡烯，片层厚度为2～15nm，尺寸大小在500～3000nm 之间，锡烯的产率为98％。
综上可见，本发明实施例不仅所制备的锡烯尺寸适中且均匀，而且工艺简单、成本低廉、剥离时间短、锡烯产率高，易于实现规模化生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。