一种非层状卤化亚铜晶体材料及其制备方法与应用

本发明属于二维纳米材料相关，更具体地，涉及一种非层状卤化亚铜晶体材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、2004年，具有层状晶体结构的石墨烯首次通过机械剥离成功制备。石墨烯电子迁移率极高，然而零带隙的特性限制了其在电子元件、光电子器件中的应用。自此，同样具备层状晶体结构的二维半导体材料(下称层状半导体材料)作为一大类新型功能材料，引发了新一轮的研究热潮。层状半导体材料之所以能够得到广泛研究，和其层间较弱的范德华相互作用关系密切，这种较弱的范德华相互作用使得其易于通过机械剥离、液相剥离以及化学气相沉积等方法制备出原子级厚度的二维平面结构。二维平面结构不仅是二维材料搭建异质结、构建柔性器件的结构基础，也是硅基半导体集成工艺的兼容性前提。

2、但是，层状半导体材料种类有限，且可控合成路线尚处实验室阶段；相比之下，非层状半导体材料种类繁多，且至今已有几种发展成熟，在半导体工业中占据着重要地位(si、gaas、gan等)。非层状半导体材料表面存在不饱和的悬挂键，有利于异质结的电荷迁移。因此，利用二维材料的诸多特性，将非层状半导体材料平面化、二维化，对于半导体光学和电学性能的提升、异质结的搭建以及柔性器件的构建具有重要意义。

3、卤化亚铜(cux,x＝cl,br,i)具有非层状闪锌矿结构，为直接带隙宽禁带(～3.1ev)p型半导体材料。相比于已得到广泛应用的宽带隙半导体如gan、zno等，卤化亚铜具备成本低廉、制备条件温和、激子结合能高、激子能级丰富等诸多优势，在紫外光电探测、闪烁晶体、染料敏化太阳能电池、发光二极管等领域有着广泛的应用前景。以上应用多基于块体和多晶薄膜，而非平面化的二维超薄单晶，这主要受制于非层状材料的各向异性生长困难。目前，卤化亚铜纳米片的制备已有报道，但仍存在制备过程复杂、可控性差、产率和质量低下等一系列问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种非层状卤化亚铜晶体材料及其制备方法与应用，该制备方法以卤化亚铜粉末为反应源，以加热板为反应场所，通过简单的气相沉积，即可实现二维超薄卤化亚铜单晶纳米片的高效制备。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、(1)在加热板的中部温区平铺一层载玻片以形成第一层载玻片，再在所述第一层载玻片上等间距的架设第二层载玻片；

4、(2)将所述加热板的中部温区进行加热到预定温度并保温；

5、(3)在载玻片的间隙处加卤化亚铜粉末，并将卤化亚铜粉末铺展开后立即将衬底倒扣在卤化亚铜粉末上，继续保温后直接取样，完成制备。

6、进一步地，所述衬底的边缘接触所述第二层载玻片，且不接触卤化亚铜粉末。

7、进一步地，步骤(2)中，采用的升温速率为80～100℃/min。

8、进一步地，预定温度为430～580℃，保温时间为1～2min。

9、进一步地，粉末选用cui时，预定温度为550～580℃；选用cubr时，预定温度为430～460℃；选用cucl时，预定温度为430～450℃。

10、进一步地，所述衬底和均匀铺展的卤化亚铜粉末间的垂直距离小于等于1mm。

11、进一步地，步骤(3)中的保温时间为1～2min。

12、进一步地，所述第二层载玻片之间的间距小于1cm。

13、本发明提供了一种非层状卤化亚铜晶体材料，该非层状卤化亚铜晶体材料是采用如上所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法制备而成的。

14、本发明还提供了一种如上所述的非层状卤化亚铜晶体材料在紫外光探测、闪烁晶体、染料敏化太阳能电池或者发光二极管中的应用。

15、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的非层状卤化亚铜晶体材料及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：

16、1.所述制备方法采用气相沉积方法，所使用的反应源仅为一种，有效地降低了反应的自由度，使得制备过程相对简单，有效地避免了化学法制备材料过程中可能产生的杂相。

17、2.本发明通过采取自限域的手段，将反应源和衬底间的垂直距离压缩，使反应得以充分进行。此外，本发明可通过调节反应温度和保温时间，实现对产物尺寸的调节，提高了反应的可控性。

18、3.本发明在开放环境下进行材料的制备，因此可实现固态前驱体的随时补充供给，并且在这种环境下由于更高的热交换效率，大大缩短了保温后的冷却时间。

19、4.本发明采用先升温后加入反应源的制备过程，且采用了快速升温的加热方式，能够有效避免反应源在反应前即因持续加热而分解或蒸发完；进一步地，本发明的整个制备过程，即加热阶段和反应阶段总时长短(不超过10min)，且无需随炉冷却过程，保温结束即可直接取样，有效解决了现有技术中存在的制备过程复杂且产率低下的问题，是一种高效易行的制备方法。

技术特征：

1.一种非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：所述衬底的边缘接触所述第二层载玻片，且不接触卤化亚铜粉末。

3.如权利要求1所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，采用的升温速率为80～100℃/min。

4.如权利要求1所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：预定温度为430～580℃，保温时间为1～2min。

5.如权利要求4所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：粉末选用cui时，预定温度为550～580℃；选用cubr时，预定温度为430～460℃；选用cucl时，预定温度为430～450℃。

6.如权利要求1-5任一项所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：所述衬底和均匀铺展的卤化亚铜粉末间的垂直距离小于等于1mm。

7.如权利要求6所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的保温时间为1～2min。

8.如权利要求1-5任一项所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法，其特征在于：所述第二层载玻片之间的间距小于1cm。

9.一种非层状卤化亚铜晶体材料，其特征在于：该非层状卤化亚铜晶体材料是采用权利要求1-8任一项所述的非层状卤化亚铜晶体材料的制备方法制备而成的。

10.一种权利要求9所述的非层状卤化亚铜晶体材料在紫外光探测、闪烁晶体、染料敏化太阳能电池或者发光二极管中的应用。

技术总结
本发明属于二维纳米材料相关技术领域，其公开了一种非层状卤化亚铜晶体材料及其制备方法与应用，该制备方法包括以下步骤：(1)在加热板的中部温区平铺一层载玻片以形成第一层载玻片，再在所述第一层载玻片上等间距的架设第二层载玻片；(2)将所述加热板的中部温区进行加热到预定温度并保温；(3)在载玻片的间隙处加卤化亚铜粉末，并将卤化亚铜粉末铺展开后立即将衬底倒扣在卤化亚铜粉末上，继续保温后直接取样，完成制备。该制备方法以卤化亚铜粉末为反应源，以加热板为反应场所，通过简单的气相沉积，即可实现二维超薄卤化亚铜单晶纳米片的高效制备。

技术研发人员：李渊,欧阳德才,赵梅
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12