合金納米片材料及其制備方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)層狀M〇S2(1_ x)Se2x合金納米片材料及 其制備方法和裝置，屬于層狀合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景：
[0002] 自從2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，近幾年2維材料得到了廣泛的研宄。硫族過(guò)渡金 屬化合物，如M 〇S2、MoSe2、WSjP WSe 2，由于其獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，作為新的2維層狀材 料已經(jīng)吸引了眾多的關(guān)注。既然帶隙是半導(dǎo)體材料在光電應(yīng)用上最重要的特征參數(shù)，在過(guò) 渡金屬硫化物研宄中一個(gè)重要工作就是獲得在功能性光電器件上可調(diào)節(jié)帶隙的2維材料。 最近，通過(guò)混合不同帶隙的過(guò)渡金屬硫化物，所得合金實(shí)現(xiàn)了不同過(guò)渡金屬硫化物之間帶 隙調(diào)控。單片過(guò)渡金屬硫化物的組分調(diào)控最近也有報(bào)道，單只局限于異質(zhì)結(jié)：只有兩種組分 /帶隙。沿單片過(guò)渡金屬硫化物組分大部分調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍帶隙調(diào)控在高性能、多功能2 維納米器件上有著重要意義，據(jù)我們所知，在科研領(lǐng)域現(xiàn)在還是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
[0003] 不同帶隙的合金半導(dǎo)體在塊狀半導(dǎo)體帶隙領(lǐng)域設(shè)計(jì)上已得到了廣泛的應(yīng)用。在納 米電子學(xué)及納米光子學(xué)應(yīng)用上，獲得連續(xù)可調(diào)帶隙的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)是非常重要的。在集 成半導(dǎo)體器件廣泛應(yīng)用上，直接合成這些帶隙可調(diào)的2維層狀材料是非常重要的?，F(xiàn)有的 M〇S2(1_x)Se2x合金納米片，在單片上組分都是均一的，也就是不存在組分梯度變化，每片納米 片組分穩(wěn)定、帶隙值不可調(diào)節(jié)，所以其光致發(fā)光、拉曼光譜等光電特性也就不可調(diào)節(jié)，限制 了其在集成半導(dǎo)體器件上的應(yīng)用。到目前為止，還未見(jiàn)在單納米片上直接合成組分連續(xù)可 調(diào)的2維層狀M 〇S2(1_x)Se2x合金材料的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)M〇S2(1_ x)Se2x^ 金納米片及其制備方法和裝置；解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法通過(guò)一步法在單納米片上實(shí)現(xiàn)組 分、光學(xué)性能連續(xù)可調(diào)MoS 2 (1_x) Se2xm米片的難題。
[0005] 本發(fā)明一種從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)MoS2 (1_x) 562；￡合金納米片材料，所述 M〇S2(i-x)Se2x合金薄片是化學(xué)式為MoS 2(1_x)Se2x的層狀合金納米片，所述化學(xué)式MoS 2(1_x)Se2x 中，0彡X彡1，優(yōu)選為0彡X彡0· 68 ;
[0006] 當(dāng)所述MoS2(1_x) Se2x^金薄片的中心部位的組分為MoS 2時(shí)，從合金薄片中心部位到 邊緣部位，Se元素的含量逐步增多；
[0007] 當(dāng)所述MoS2(1_x)Se2x^金薄片的中心部位的組分為MoSe 2時(shí)，從合金薄片中心部位 到邊緣部位，S元素的含量逐步增多。
[0008] 本發(fā)明一種從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)M〇S2(1_ x)Se2x^金納米片材料，所述層狀 MoS2ilJSe2x合金薄片呈三角形，其厚度為l-3nm，優(yōu)選為I. 65-2. 29nm〇
[0009] 本發(fā)明一種從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)M〇S2(1_ x)Se2x^金納米片材料，所述層狀 MoS2(1_x)Se2x合金薄片的邊長(zhǎng)最大可達(dá)30um。
[0010] 本發(fā)明一種制備從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)MoS2 (1_x) Se2x合金納米片的方法，包括 下述步驟：
[0011] 將MoO3粉裝入磁舟3后，將SiO2片平鋪于磁舟3上置于帶有進(jìn)氣口和出氣口的 水平管式爐中，抽真空，持續(xù)通入載氣并升溫至磁舟3的加熱溫度為680-950°C、優(yōu)選為 720-950°C后，往爐內(nèi)通入S蒸汽一段時(shí)間后，再通入Se蒸汽，在通入Se蒸汽逐步減少S蒸 汽的通入量，得到中心部位的組分為MoS 2、且從合金薄片中心部位到邊緣部位，Se元素的含 量逐步增多的MoS2(1_x)Se 2x合金納米片材料；或
[0012] 將MoO3粉裝入磁舟3后，將SiO 2片平鋪于磁舟3上置于帶有進(jìn)氣口和出氣口的水 平管式爐中，抽真空，持續(xù)通入載氣并升溫至磁舟3的加熱溫度為720-950°C后，往爐內(nèi)通 入Se蒸汽一段時(shí)間后，再通入S蒸汽，在通入S蒸汽逐步減少Se蒸汽的通入量，得到中心 部位的組分為MoSe 2、且從合金薄片中心部位到邊緣部位，S元素的含量逐步增多的MoS2(1_x) Se2x合金納米片材料；
[0013] 反應(yīng)時(shí)，控制爐內(nèi)壓力為l_30Torr ;控制載氣流速為IO-IOOsccm ;控制總反應(yīng)時(shí) 間為1-20分鐘
[0014] 所述載氣選自氫氣、氬氣中的至少一種。
[0015] 在實(shí)際操作過(guò)中，上述操作必須借助S蒸汽儲(chǔ)備室、S蒸汽稀釋室、Se蒸汽儲(chǔ)備室、 Se蒸汽稀釋室，不利于節(jié)約化生產(chǎn)和制備目標(biāo)材料。同時(shí)為了避免S蒸汽的固化，必須提 高S蒸汽的溫度并采用保溫材料，這不利于節(jié)能。除此之外，通過(guò)進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)S蒸汽、Se蒸 汽的進(jìn)入量，由于溫度較高，很容易導(dǎo)致進(jìn)氣閥的老化進(jìn)而失效。所以本發(fā)明優(yōu)化了制備方 法，具體優(yōu)化實(shí)施方案如下：
[0016] 將S粉裝入磁舟1，將Se粉裝入磁舟2,將MoO3粉裝入磁舟3后，將SiO 2片平鋪于 磁舟3上，以帶有進(jìn)氣口和出氣口的水平管式爐為反應(yīng)爐；
[0017] 將磁舟1置于承載推進(jìn)裝置A上、將磁舟2置于推進(jìn)裝置B上后，放入反應(yīng)爐靠 近進(jìn)氣口的一端，將磁舟3置于反應(yīng)爐加熱部位的中部，抽真空，持續(xù)通入載氣兵升溫至磁 舟3的加熱溫度為680-950°C、優(yōu)選為720-950°C，且此時(shí)磁舟2、磁舟1所處位置的溫度 < 50°C，然后先通過(guò)承載推進(jìn)裝置A將磁舟1推進(jìn)至加熱溫度為100-15(TC且靠近進(jìn)口一 端的位置，反應(yīng)1-5分鐘后，通過(guò)推進(jìn)裝置B逐漸將磁舟2推至加熱溫度為200-25(TC，且 靠近進(jìn)口一端的位置，推入磁舟2的同時(shí)，通過(guò)承載推進(jìn)裝置A將磁舟1逐步拉回至溫度 <50°C且靠近進(jìn)氣口的一端；反應(yīng)，得到中心部位的組分為MoS 2、且從合金薄片中心部位到 邊緣部位，Se元素的含量逐步增多的MoS2 (1_x) Se2x合金納米片材料；
[0018] 或
[0019] 將S粉裝入磁舟1，將Se粉裝入磁舟2,將MoO3粉裝入磁舟3后，將SiO 2片平鋪于 磁舟3上，以帶有進(jìn)氣口和出氣口的水平管式爐為反應(yīng)爐；
[0020] 將磁舟1置于承載推進(jìn)裝置A上、將磁舟2置于推進(jìn)裝置B上后，放入反應(yīng)爐靠 近進(jìn)氣口的一端，將磁舟3置于反應(yīng)爐加熱部位的中部，抽真空，持續(xù)通入載氣兵升溫至磁 舟3的加熱溫度為為680-950°C、優(yōu)選為720-950°C，且此時(shí)磁舟2、磁舟1所處位置的溫度 < 50°C，然后先通過(guò)推進(jìn)裝置B將磁舟2推至加熱溫度為200-25(TC，且靠近進(jìn)口一端的位 置，反應(yīng)1-3分鐘后，通過(guò)承載推進(jìn)裝置A將磁舟1推進(jìn)至加熱溫度為100-15(TC且靠近進(jìn) 口一端的位置；推入磁舟1的同時(shí)，通過(guò)推進(jìn)裝置B將磁舟2逐步拉回至溫度< 50°C且靠 近進(jìn)氣口的一端；反應(yīng)，得到中心部位的組分為MoSe2、且從合金薄片中心部位到邊緣部位， S元素的含量逐步增多的MoS2(1_x)Se2x合金納米片材料。
[0021] 本發(fā)明一種制備從中心到邊緣組分連續(xù)可調(diào)MoS2(1_x)Se 2x合金納米片的方法，其優(yōu) 選實(shí)施方案中，反應(yīng)時(shí)，控制爐內(nèi)壓力為l_30Torr ;控制載氣流速為lO-lOOsccm ;控制總反 應(yīng)時(shí)間為1-20分鐘。
[0022] 本發(fā)明一種