一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟的方法

本发明属于二维层状材料制备，具体涉及二维层状材料硒化铟（in2se3）的电化学剥离方法。

背景技术：

1、二维(2d)纳米片具有无悬空键的表面。通过堆叠多个纳米片而形成的薄膜具有原子上干净的范德华界面，因此有望实现良好的电荷传输。

2、化学式为a2b3的二维材料，其中a为iii族元素，b为vi族元素，如bi2se3，bi2te3，sb2te3和in2se3，因其独特的电子性质而引起越来越多的兴趣。作为光学材料，in2se3具有高吸收系数、宽范围响应(从紫外(325 nm)到短波红外(1800 nm))和高灵敏度。与其他空气敏感的直接带隙二维材料(如黑磷(bp))不同，完整的in2se3薄片在空气中高度稳定。其次，基于单个in2se3纳米片的光电探测器提供了高光敏性(105 a w−1)和快速、可逆和稳定的光响应特性。in2se3的性能优于许多其他二维材料(如石墨烯、bp和mos2)，从而为大面积光电探测器的研究提供了重要的基础。然而，具有大晶域的无缺陷in2se3薄片的可扩展生产仍然是其实际应用的障碍。

3、制备硒化铟（in2se3）材料的方法包括机械剥离法、化学气相沉积法(cvd)、液相剥离法和湿化学合成法。其中，机械剥离法是制备高质量in2se3纳米薄片的最常用方法。此方法最大的优点就是制备工艺简单，但是其剥离率极低，可控性差。cvd法具有尺寸大小和厚度的可控，电学性能优异等优点。但是cvd法难以精确地控制化学计量比，生产工艺复杂，需要高温及相应的气体环境，不利于大批量制备二维晶体材料。而且通过气相沉积获得的in2se3纳米片具有明显较低的光响应性，远低于用胶带剥离的薄片。液相剥离法能大规模的制备二维晶体材料纳米片的分散液，操作方法简单，但是超声处理时间很长，而且超声过程中往往用到价格昂贵、有毒性的有机溶剂如n-甲基吡咯烷酮(nmp)。到目前为止，二维层状材料的制备技术仍是制约其广泛应用的瓶颈之一，低成本、大批量制备高质量、高纯度二维层状材料的技术仍需不断探索。

4、电化学剥离法制备二维层状材料是一种比较新型的高效制备方法，其主要特点包括：原材料来源丰富，价格低廉；方法比较简单，只需要在离子溶液中通电处理原材料，且能够通过调整电压和电流实现对剥离程度的精准调控；所使用的溶液可重复利用，此方法不仅对二维层状材料氧化程度大幅降低，能极大程度地保持二维层状材料原有结构，而且对环境污染较轻。能用此方法剥离的典型二维材料有in2se3、bi2se3、sb2te3等。目前使用电化学剥离in2se3材料是将二维晶体分层成单个薄片的策略。

5、然而，现有的电化学剥离法制备的in2se3薄膜面积小且无铁电性，也未有与其它材料组成异质结的相关研究。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的。

3、本发明所述的一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，包括以下步骤。

4、（1）配制电化学剥离溶液；将电解质配置成浓度为0.1mol/l电化学剥离溶液。

5、所述电解质为四丙基溴化铵、四丁基溴化铵或四己基溴化铵。优选为四己基溴化铵。

6、（2）将包裹硒化铟材料的金属网连接电源负极作为阳极，金属片连接电源正极作为阴极。阳极与阴极的间隔距离为4cm，使金属网垂直于金属片。在电解槽中倒入电化学剥离溶液后连接直流电源。

7、优选地，所述金属网为铂网，金属片为铂片。

8、（3）直流电源恒压2~4v，剥离1~3h，直到硒化铟材料完全剥离。本步骤在手套箱中进行。

9、（4）洗涤：收集剥离后的硒化铟材料并用二甲基甲酰胺洗涤，洗涤硒化铟材料的仪器为离心机，洗涤参数为5000rpm.5min，洗涤6次，得到插层硒化铟材料。

10、（5）离心：将插层硒化铟材料放入丙酮中分散，得到硒化铟材料分散溶液；之后进行离心，离心参数为1500~3000rpm.10min。优选离心的参数为2000 rpm.10min。

11、（6）旋涂制样：将离心的溶液在硅片上旋涂制样，旋涂制样的仪器为甩胶机，旋涂的参数为2000rpm，旋涂时间为60s，得到二维层状硒化铟材料。

12、本发明中硒化铟/二硫化钼（in2se3/ mos2）异质结制备方法，包括以下步骤。

13、（1）硒化铟/二硫化钼样品制备：使用转移台将机械剥离法制备的mos2样品转移至数字硅片上，然后将电化学剥离法制备的in2se3薄膜转移至mos2样品上。

14、（2）涂胶：用取液器取适量聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）滴在数字硅片上，以3000rpm.40 s的甩胶参数旋涂，直至完全覆盖整个硅片表面，然后将硅片放在加热台上并在150℃的温度下烘烤3 min。

15、（3）曝光：采用聚焦离子束扫描电镜的电子束刻蚀功能刻蚀电极。

16、（4）显影：将样品放在显影液中显影45s，然后放在异丙醇中浸泡，之后取出用吹耳球将溶液吹干净。

17、（5）镀膜、去胶：使用电子束蒸发镀膜机蒸镀ti/ni合金电极（60 nmti和10 nmni）。蒸镀完电极后就可以取出样品硅片，然后放在丙酮中浸泡去胶，得到硒化铟/二硫化钼异质结。

18、本发明具有以下有益效果。

19、（1）本发明制备in2se3材料操作容易、成本低、产量高、工艺过程简单、步骤少、生产周期短、环境友好的优点，产品的结构优异，能获得大面积超薄的in2se3薄片，同时获剥离出的in2se3表面厚度均匀，层数少，薄片尺寸约30微米，经过pfm测试发现剥离的in2se3薄膜具有铁电性。

20、（2）将制备出的in2se3薄膜与其它材料（如mos2）组合制成异质结，具有良好的电特性曲线。

21、（3）本发明区别于其他制备方法在于反应温度为室温，不需要外加温度。

技术特征：

1.一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，其特征是包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，其特征是所述金属网为铂网，金属片为铂片。

3.根据权利要求1所述的一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，其特征是步骤（5）所述的离心参数为2000 rpm.10min。

技术总结
一种电化学剥离法制备二维层状硒化铟材料的方法，包括以下步骤：将电解质配置成电化学剥离溶液；在电解槽中将包裹硒化铟材料的金属网作阳极，金属片作阴极，倒入电化学剥离溶液后，电解反应：直流恒压2~4V，1~3h，至硒化铟材料完全剥离；然后用二甲基甲酰胺洗涤，再放入丙酮中分散，得分散溶液，离心；离心的溶液在硅片上旋涂制样，得到二维层状硒化铟材料。本发明具有操作容易、成本低、产量高、过程简单、步骤少、反应温度温和、生产周期短、环境友好的优点，产品的结构优异，能获得大面积超薄的In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;薄片，同时In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;表面厚度均匀，层数少，薄膜具有铁电性。与其它材料组合制成的异质结，具有良好的电特性曲线。

技术研发人员：万思源,江子朋,周杨波,吴宇航,黄汉英,余聪,李志雄,刘焕林
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14