一种采用新原料生长二碲化钨及制备方法与流程

本发明属于非磁性半金属材料技术领域，尤其涉及一种采用新原料生长二碲化钨及制备方法。

背景技术：

目前，最接近的现有技术：二碲化钨(wte2)是具有层状结构的过渡族金属硫族化合物，在其正交晶胞中钨链沿着碲层的a轴方向呈一维分布，是一种非磁性的半金属材料。

目前已报道制备不同形貌二碲化钨的方法主要有以下几种：

机械剥离法，是得到少层甚至单层二碲化钨最基础的方法，但是这种方法难以得到大面积的二碲化钨，而且由于二碲化钨在空气中容易降解，所以这种方法具有局限性。

固相反应法，主要用于制备二碲化钨单晶，需要高温高压，对固相反应时温度梯度控制要求严格。

化学气相输运法和化学气相沉积法，样品较小，且反应时间长，一般需要一至两周，甚至几个月才能生长出二碲化钨，而且多采用四氯化碲作为原料，容易混入四氯化碲杂质，后续还需要在提纯等处理。

综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术制备二碲化钨中，成本高，生长过程长，可重复性差，且制备方法中所需设备复杂，推广受限。

(2)现有技术中，制备的二碲化钨结晶性能差，产量低，不容易转移，不能大批量生产。

解决上述技术问题的难度：二维过渡金属硫族化合物因其带隙可调的特点(从零到可视光区域)引起了大家的关注。因为石墨烯没有带隙，所以未来二维过渡金属硫族化合物可以取代石墨烯在很多方面的应用，例如，场效应晶体管，光电器件，集成逻辑电路，生物系统，湿度传感器，电催化制氢等。

众所周知，大规模均匀半导体薄膜材料是未来集成电子和光电应用的基石。虽然制备大面积高质量的石墨烯比较容易，但是制备大面积的二维金属硫族化合物仍然比较困难。其主要原因在于前驱体难以均匀地分散在衬底上，所以沉积的二维过渡金属硫族化合物样品尺寸较小。如果采用原子层沉积，脉冲激光沉积制备前驱体或者用贵金属作为衬底，可以得到较大面积连续均匀的二维过渡金属硫族化合物，但成本高，制备过程复杂，而且所得样品结晶度不高。对于二维过渡金属硫族化合物代表之一的碲化钨，目前合成技术除了以上问题之外，还因为多采用四氯化碲作为原料，得到的产物易混入四氯化碲杂质，结晶度不高。

解决上述技术问题的意义：本发明采用钨酸钠水溶液作为钨源，通过旋涂的方法，可以使钨源均匀地分布在衬底上，而且操作简单，成本低廉。用氧化钨作为钨源的时候，可以通过控制其用量，调控单片二碲化钨薄膜的尺寸。本技术采用碲粉作为碲源，不会引入其它杂质。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用新原料生长二碲化钨及制备方法。

本发明是这样实现的，一种采用新原料生长二碲化钨的制备方法，包括：

步骤一，将钨酸钠水溶液旋涂在硅氧片上，空气中加热除去溶剂得到wo3薄膜，将含有wo3薄膜的硅氧片正面朝上放置；

步骤二，在所述硅氧片上侧盖上另一块硅氧片；

步骤三，将两个夹在一起的硅氧片放置在大石英管的闭口端；

步骤四，将碲粉放置在小石英管的闭口端；

步骤五，将小石英管开口端插入大石英管；

步骤六，将组合好的石英管放置在化学气相沉积管式炉中，生长二碲化钨层状材料。

进一步，步骤二中，另一块硅氧片正面朝下。

进一步，步骤三中，或者直接用两块硅氧片正面相对，夹上wo3粉末，放置在大石英管的闭口端。

进一步，步骤六中，生长时间30min，生长温度800℃，气氛为惰性气体(高纯氮气或者氩气)。

本发明的另一目的在于提供一种利用所述采用新原料生长二碲化钨的制备方法制备的二碲化钨。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明提供了一种采用新原料生长二碲化钨的制备方法，原料钨酸钠或者氧化钨价格低廉，生长过程较短，可重复性高，有效克服了现有技术中制备方法能耗高，时间长的缺点，且本发明的制备方法中所需设备简单，具有较高的推广价值。

从图3(a)的光学显微镜照片中可以看出，得到了大面积的二碲化钨薄膜，图3(b)是得到的薄膜材料的拉曼光谱图谱(波长为532nm)，图中109,117,134,165和214cm^-1的峰分别对应二维碲化钨的特征峰，表明得到的材料确实为二碲化钨。

从图4的tem表征结果可以看出，得到的二碲化钨薄膜结晶度高，而且钨和碲元素分布均匀。

本发明所提供的制备方法得到的二碲化钨结晶性好，产量大，容易转移，为大批量生产二碲化钨提供理论参考。

附图说明

图1是本发明实施例提供的采用新原料生长二碲化钨的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的化学气相沉积生长二碲化钨效果示意图。

图3是本发明实施例提供的二碲化钨(a)光学显微镜照片和(b)拉曼光谱图谱。

图4是本发明实施例提供的二碲化钨(a)tem照片，(b)高分辨透射电子显微镜(hrtem)照片，图里面的是选区电子衍射(saed)模式照片，(c)和(d)是(a)方框部分钨和碲元素的mapping。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有技术制备二碲化钨中，成本高，生长过程长，可重复性差，且制备方法中所需设备复杂，推广受限。现有技术中，制备的二碲化钨结晶性能差，产量低，不容易转移，不能大批量生产。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用新原料生长二碲化钨及制备方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的采用新原料生长二碲化钨的制备方法包括：

s101，将3.7g的二水钨酸钠粉末溶解在100ml超纯水中得到澄清透明的溶液备用。向上述钨酸钠水溶液中，边搅拌边逐滴加入盐酸调节ph值到1左右。然后将该溶液陈化24h，得到白色絮状沉淀。将沉淀适当加热后重新溶解到配置好的草酸溶液(2.8g草酸溶于20ml超纯水)中，最后将溶液稀释到200ml，得到澄清透明的钨酸胶体溶液。

s102，将步骤s101中的钨酸胶体溶液旋涂在清洗干净的硅氧片(sio2/si)上，然后在空气中加热(120℃)除去溶剂得到wo3薄膜，将含有wo3薄膜的硅氧片正面朝上放置备用。

s103，在步骤s102硅氧片上侧盖上另一块硅氧片(正面朝下)。

s104，然后将两个夹在一起的硅氧片放置在较大石英管的闭口端。或者直接用两块硅氧片正面相对，夹上0.1g的wo3粉末，放置在较大石英管的闭口端。

s105，将0.1g碲粉放置在较小石英管的闭口端。

s106，将小石英管开口端插入大石英管。

s107，最后将组合好的石英管放置在1英寸的化学气相沉积管式炉中，生长少层二碲化钨薄膜，生长时间30min，生长温度800℃，气氛为惰性气体(高纯氮气或者氩气)。

本发明提供的钨源为钨酸钠水溶液或者氧化钨粉末，碲源为碲粉，衬底为硅氧片或者云母片，其放置方法和位置如上图2示意图所示。

下面结合具体实验对本发明作进一步描述。

从图3(a)的光学显微镜照片中可以看出，得到了大面积的二碲化钨薄膜，图3(b)是得到的薄膜材料的拉曼光谱图谱(波长为532nm)，图中109,117,134,165和214cm^-1的峰分别对应二维碲化钨的特征峰，表明得到的材料确实为二碲化钨。

从图4的tem表征结果可以看出，得到的二碲化钨薄膜结晶度高，而且钨和碲元素分布均匀。

图3是本发明实施例提供的二碲化钨(a)光学显微镜照片和(b)拉曼光谱图谱。

图4是本发明实施例提供的二碲化钨(a)tem照片，(b)高分辨透射电子显微镜(hrtem)照片，图里面的是选区电子衍射(saed)模式照片，(c)和(d)是(a)方框部分钨和碲元素的mapping。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。