一种高分子保护砷烯纳米片的方法与流程

本申请涉及材料
技术领域：
，具体而言，涉及一种高分子保护砷烯纳米片的方法。
背景技术：
：二维单质烯材料，例如石墨烯、硅烯、锗烯、黑磷、砷烯等，由于其优异的电学和光学等性质，近年来受到广泛关注。但是，裸露的单质烯材料面临着环境中水蒸汽和氧气的干扰。大气环境中的水蒸气和氧气会与单质烯材料反应和相互作用，从而极大地降低和破坏单质烯材料的晶体结构和质量。而且，基于单质烯的晶体管在大气环境中也表现出性能的衰减。而新兴的砷烯，在大气环境中更是表现出异常明显和迅速的晶体退化。因此，发明一种保护砷烯材料不受大气环境影响的方法对于砷烯的存放以及应用十分关键。目前，国内并没有特定针对于砷烯的保护方案。因此，发展一种简单的、绿色的、可逆的砷烯保护方法对于砷烯后续研究及工业应用非常迫切。技术实现要素：针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种高分子保护砷烯纳米片的方法。本发明所述的高分子保护砷烯纳米片的方法，包括如下步骤：将砷原料沉积于片状载体上得到砷烯纳米片，然后将高分子溶液通过旋涂法，均匀地涂布在砷烯纳米片表面，然后加热烘干。具体的，所述的砷原料为砷块或者砷粉。具体的，所述的片状载体为云母片、硅片、氧化硅片、塑料片或树脂片。具体的，所述的沉积方法为：将砷原料放置于管式炉膛中央，片状载体放置于下游，加热，使砷原料成为砷蒸汽，以氢气为载气传输砷蒸汽，使砷蒸汽沉积于温度相对低的片状载体上，从而得到生长于片状载体上的砷烯纳米片。所制得的砷烯纳米片可进一步通过胶带剥离，从而转移到其它的片状载体上。具体的，所述的旋涂法为：将生长有砷烯纳米片的片状载体吸附于旋涂仪上，涂布高分子溶液。具体的，高分子溶液为聚乙二醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种溶于相应的溶剂中；所述溶剂为水溶液、氮-甲基吡咯烷酮溶液、苯甲醚溶液、乙醇溶液中的一种，或多种的混合溶液。例如：聚乙二醇的水溶液、聚丙烯腈的氮-甲基吡咯烷酮溶液、聚甲基丙烯酸甲酯的苯甲醚溶液、聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液。具体的，所述的旋涂速度为1000～5000转/分钟，旋涂时间为10～200s。优选30s。具体的，所述的烘干温度为50～120℃，所述的时间为5～20分钟。优选烘干温度80℃，时间5分钟。进一步的，本发明所述的保护砷烯纳米片的方法，可以解除保护。具体的，所述的解除保护的方法为：利用溶剂将砷烯纳米片表面的高分子溶解，从而解除保护，且不影响砷烯纳米片本征性质。有益效果：本发明对比已有技术具有以下创新点：1.使用高分子隔绝大气环境中的氧气和水蒸汽。2.可以通过理论计算筛选高分子，使其具有特定的保护效率。本发明对比已有技术具有以下显著优点：1.使用高分子旋涂方法，步骤简便，成本低廉。2.高分子可以去除，保护方法可逆。3.高分子与砷烯纳米片的作用为范德华作用力，不影响砷烯纳米片本征性质。4.高分子涂布后可以很好保护砷烯纳米片不受环境影响和作用。附图说明图1为未经保护的砷烯纳米片在环境随时间变化的光学显微镜图及其拉曼光谱。图2为peg保护的砷烯纳米片在环境中随时间变化的光学显微镜图及拉曼光谱。图3为通过理论计算确立高分子与砷烯纳米片的相互作用能、砷烯结构扭曲的均方根差和电荷转移，及不同高分子的保护效率示意图。图4为新制备的、高分子保护50天后并除去高分子的和无高分子保护放置空气175分钟后的砷烯纳米片的电学性质示意图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。实施例1聚乙二醇购买于国药集团化学试剂有限公司。砷烯纳米片生长于云母基底表面，为实验室利用化学气相沉积法制备而成。首先在棕色瓶中加入聚乙二醇(0.4g)和超纯水(10ml)，震荡加热至50℃两小时使其溶解。将新制备的砷烯纳米片/云母片吸附于旋涂仪上，有砷烯纳米片的一面为正面，用胶头滴管移取数滴乙二醇水溶液滴于云母正面，保证整个云母正面都被乙二醇溶液覆盖，在4000转/分钟的转速下旋转30秒使高分子均匀分布，然后在空气中80℃下烘烤5分钟。光学显微镜图像和拉曼光谱收集于共聚焦拉曼光谱仪(horiba,labramevolution)，附图1为未被高分子聚乙二醇保护的砷烯纳米片置于空气中不同时间的光学显微镜图像，可以看出六边形砷烯纳米片在空气中暴露25分钟就开始变质，表面有灰色小点。到100分钟后表面基本被暗灰色覆盖完全。直至175分钟，整个纳米片都变为黑色。附图1中a曲线为放置砷烯纳米片于空气中175分钟后的拉曼光谱，b曲线为新制备的砷烯纳米的拉曼光谱。其中其位于195.3cm-1和254.5cm-1的拉曼峰分别对应砷的eg和a1g峰。当放置于空气中175分钟后，砷烯的a1g和eg峰完全消失，新出现的位于268.9cm-1and184.2cm-1为as2o3的拉曼峰，而200-260cm-1的宽带拉曼峰则对应于无定形砷的拉曼峰。可见，裸露的砷烯纳米片在空气中暴露会遭受化学成分以及晶相的变化。附图2为peg保护的砷烯纳米片暴露空气中不同时间后的光学显微镜和拉曼光谱，可以从光学显微镜图像看出，砷烯纳米片在涂布高分子之前、涂布高分子后、空气中放置56天和移除高分子后形貌和颜色几乎没有变化。附图2右边的拉曼光谱也证明了高分子保护下的砷烯纳米片不会遭受相变或者化学变化，进一步说明本发明可以有效的保护砷烯纳米片不受大气环境影响和作用。实施例2首先通过第一性原理计算，在materialsstudio7.0中建立砷烯与不同高分子的结构模型，计算出高分子与砷烯的相互作用能(eint)以及作用前后晶体结构扭曲的均方根差值(rmsd)。棕色瓶中加入聚乙二醇(0.4g)和超纯水(10ml)，或者聚丙烯腈(0.4g)和n-甲基吡咯烷(10ml)，或者聚甲基丙烯酸甲酯(0.4g)和苯甲醚(10ml)，或者聚乙烯吡咯烷酮(0.4g)和乙醇(10ml)。震荡加热至50℃两小时使其溶解。将新制备的砷烯纳米片/云母片吸附于旋涂仪上，有砷烯纳米片的一面为正面，用胶头滴管移取数滴高分子溶液滴于云母正面，保证整个云母正面都被高分子溶液覆盖，在4000转/分钟的转速下旋转30秒使高分子均匀分布，然后在空气中80℃下烘烤5分钟。附图3分别为砷烯纳米片与聚乙二醇(peg)、聚丙烯腈(pan)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的结构模型，相应的eint、rmsd和电荷转移数值列于模型下方。通过实验验证的有效保护时间与eint和rmsd作图，可以看出随着eint绝对值和rmsd的增大，有效保护时间也相应增大(附图3右)。表1理论计算不同种类的高分子与砷烯纳米片的相互作用能、砷烯结构扭曲的均方根差、电荷转移以及相应的保护时间。表格1列出了详细的数值结果，说明不同高分子对砷烯纳米片具有不同的保护效率，可以通过理论计算筛选高分子，从而获得不同的保护效率。实施例3首先在棕色瓶中加入聚乙二醇(0.4g)和超纯水(10ml)，震荡加热至50℃两小时使其溶解。将新制备于带氧化层的硅片的砷烯纳米片器件吸附于旋涂仪上，有砷烯纳米片器件的一面为正面，用胶头滴管移取数滴乙二醇水溶液滴于带氧化层的硅片正面，保证整个硅片都被乙二醇溶液覆盖，在4000转/分钟的转速下旋转30秒使高分子均匀分布，然后在空气中80℃下烘烤5分钟。电学数据在连有keithley4200-scs源表的探针台上收集，测量了新制备的、高分子保护50天后并除去高分子的和无高分子保护放置空气175分钟后的砷烯纳米片器件的电流-电压曲线，附图4可以看出，peg保护的砷烯纳米片相对于新制备的砷烯纳米片仅有少量的电阻增大，而没有peg保护的砷烯纳米片电阻急剧增大，电学性能急剧衰退，可见聚乙二醇不仅仅保护单独的砷烯纳米片，对于器件中砷烯纳米片也具有很好的保护效果。实施例4将被高分子保护的砷烯纳米片(即涂有高分子的生长有砷烯纳米片的片状载体)浸泡于溶剂中20～100分钟，然后取出用氮气吹干后50℃烘烤5分钟，即可解除保护，得到原始的砷烯纳米片。可见，本发明所提供的保护方法可逆，且不影响砷烯纳米片本征性质。表2不同高分子保护的砷烯纳米片对应的溶剂及浸泡时间高分子层溶剂浸泡时间(分钟)聚乙二醇(peg)水50聚丙烯腈(pan)氮-甲基吡咯烷酮100聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)苯甲醚20聚乙烯吡咯烷酮(pvp)乙醇100以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页12