本發(fā)明涉及熱電材料領(lǐng)域，特別是指一種高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

熱電材料，也稱(chēng)為溫差電材料，能夠直接實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換。作為一種新型的清潔能源材料，以其制作的熱電器件具有體積小、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生任何污染等優(yōu)點(diǎn)在溫差發(fā)電和制冷方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

熱電材料的性能主要由無(wú)量綱的熱電優(yōu)值z(mì)t決定，zt值越大，熱電轉(zhuǎn)換效率越高。zt＝s²σ/k，其中s、σ、k分別為seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。而s²σ稱(chēng)為功率因子(p)，是衡量熱電輸出功率的參數(shù)。因此高性能熱電材料同時(shí)需要具有高的功率因子和低的熱導(dǎo)率。

在tmd材料中，由于mos2具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，而且承載力高，熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性良好，mos2作為一種非常有潛力的材料被廣泛的研究，而且儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能性，因此二維mos2納米材料成為近年來(lái)研究比較深入的層狀材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高優(yōu)值的半導(dǎo)體熱電材料mos2納米薄膜及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：

一方面，提供一種高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜，所述高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，所述氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.01-0.77:1。

其中，所述氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.01-0.1:1。

其中，所述納米薄膜的電導(dǎo)率為60-101s/cm。

另一方面，本發(fā)明還提供上述高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：制備二硫化鉬溶液，利用鋰離子嵌入的方法制備單層二硫化鉬，得到帶有負(fù)電的二硫化鉬溶液；

步驟2：取步驟1所制備的二硫化鉬溶液，稀釋至一定濃度，真空抽濾成膜；

步驟3：當(dāng)膜表面沒(méi)有二硫化鉬溶液時(shí)，立即繼續(xù)加入氯化銅溶液，利用剝離后的二硫化鉬帶負(fù)電、帶有缺陷的特性，吸附銅離子，緩慢抽濾；

步驟4：將抽干的薄膜取下，用去離子水沖洗，放入烘箱真空干燥。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，二硫化鉬溶液的制備方法，包括：

步驟11：采用有機(jī)溶劑溶解二硫化鉬(mos2)，密封，抽真空；

步驟12：向步驟11中加入保護(hù)氣體，加入正丁基鋰反應(yīng)48h、離心處理；

步驟13：真空干燥步驟12所得樣品，配制一定濃度的溶液超聲處理；

步驟14：離心，取上層溶液，測(cè)定濃度備用。

進(jìn)一步的，所述步驟3中，氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.01-0.77:1。

其中，所述步驟11中，有機(jī)溶劑為超干正己烷；所所述有機(jī)溶劑量與二硫化鉬的質(zhì)量比為3-15:0.1-1。

其中，所述步驟12中，保護(hù)氣體為氮?dú)猓』嚺c二硫化鉬的摩爾比為1:1.7-2.56，在3500rpm下離心10min。

其中，所述步驟13中，配置溶液濃度為1.5mg/ml，超聲處理的時(shí)間為1h；所述步驟14中，8000rpm條件下離心30min。

進(jìn)一步的，所述步驟4中，干燥的溫度為45-50℃。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化摻雜濃度制備出高熱電性能的mos2納米薄膜；為提高相轉(zhuǎn)后的二硫化鉬的熱電性能提供了一條新途徑；且原料簡(jiǎn)單成本低、制備工藝流程簡(jiǎn)單、所需要的儀器設(shè)備少、易操作、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例2的cux-mos2薄膜的制備示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的cux-mos2薄膜的sem圖像(掃描電子顯微鏡型號(hào)s-4700，常溫常壓)；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的cux-mos2薄膜(a)mo3d,(b)cu2p的xps光譜圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的mos2吸附不同濃度cu²⁺薄膜電導(dǎo)率折線(xiàn)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的的mos2吸附不同濃度cu²⁺薄膜seebeck系數(shù)折線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中二硫化鉬熱電優(yōu)值低的問(wèn)題，提供一種高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜及其制備方法。

實(shí)施例1

二硫化鉬納米薄層的制備流程圖，如圖1所示：

準(zhǔn)確稱(chēng)量0.6mgmos2，向兩口燒瓶中加入mos2，密封儀器；加20ml超干正己烷，抽真空約5min(瓶壁有明顯的冷凝氣即可)，完畢加氮?dú)馇虮Ｗo(hù)；加6ml正丁基鋰；80℃回流反應(yīng)48h；取出樣品，離心3500rpm*10min；真空干燥，配成1.5mg/ml水溶液，超聲1h，離心8000rpm*30min，取上層mos2溶液備用。

實(shí)施例2

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.01:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法：

(1)將實(shí)施例1制備所得的mos2溶液稀釋成1.56mmol/l；

(2)取15mlmos2溶液稀釋液，通過(guò)真空抽濾使成膜；

(3)待水抽干，呈現(xiàn)凝膠狀態(tài)，加入0.074mmol/l的cucl2溶液3ml，緩慢抽濾；

(4)將抽干的薄膜取下，用去離子水沖洗幾遍；

(5)待濾膜表面無(wú)明顯的水漬(用紙?jiān)谀け趁嫖?，放入烘箱50℃真空干燥；

(6)進(jìn)行熱電測(cè)試：測(cè)電阻和seebeck系數(shù)。

本發(fā)明制備出的二硫化鉬薄膜(氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.01:1)摻雜后二硫化鉬薄膜的微觀(guān)圖像如圖2所示。氯化銅在其表面分布均勻。對(duì)應(yīng)xps光譜圖如圖3所示，可以看出吸附銅離子之后，二硫化鉬的1t相和2h相沒(méi)有明顯的改變，且銅離子仍然是+2價(jià)，故而沒(méi)有發(fā)生氧化還原反應(yīng)，可能銅離子吸附在二硫化鉬表面，也有可能是替換了mo，補(bǔ)償了剝離后的二硫化鉬的空位。

所測(cè)電導(dǎo)率結(jié)果如圖4所示，隨著cu²⁺的增加，銅摻雜的二硫化鉬納米薄膜的電導(dǎo)率呈現(xiàn)一定的上升趨勢(shì)，當(dāng)氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.01:1時(shí)，測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率為75.8s/cm、seebeck系數(shù)為53.6μv/k(圖5所示)。

實(shí)施例3

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.03:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法與實(shí)施例2相同。

測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率最高為100.9s/cm。測(cè)定二硫化鉬薄膜的seebeck系數(shù)為50.3μv/k。

實(shí)施例4

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.05:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法與實(shí)施例2相同。

測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率最高為74.4s/cm。測(cè)定二硫化鉬薄膜的seebeck系數(shù)為72.7μv/k。

實(shí)施例5

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.1:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法與實(shí)施例2相同。

測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率最高為60s/cm。測(cè)定二硫化鉬薄膜的seebeck系數(shù)為77μv/k

實(shí)施例6

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.48:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法與實(shí)施例2相同。

測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率最高為37.8s/cm。測(cè)定二硫化鉬薄膜的seebeck系數(shù)為77μv/k

實(shí)施例7

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.6:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法與實(shí)施例2相同。

測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率最高為37s/cm。測(cè)定二硫化鉬薄膜的seebeck系數(shù)為81μv/k

實(shí)施例8

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化銅構(gòu)成，其中氯化銅與二硫化鉬的摩爾比0.77:1。

高導(dǎo)電性二硫化鉬納米薄膜的制備方法與實(shí)施例2相同。

測(cè)得二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率最高為38s/cm。測(cè)定二硫化鉬薄膜的seebeck系數(shù)為87μv/k。

發(fā)明人經(jīng)過(guò)大量研究表明，摻雜元素為其他非銅鹽的二價(jià)元素時(shí)，二硫化鉬薄膜的電導(dǎo)率和seebeck系數(shù)呈下降趨勢(shì)。

由于篇幅所限，為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明所取得的有益效果，僅以實(shí)施例5為例設(shè)置相應(yīng)的對(duì)比例。

對(duì)比例1

二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化鈣構(gòu)成，其中氯化鈣與二硫化鉬的摩爾比0.8:1。

制備方法與實(shí)施例2相同。

所制備出的二硫化鉬薄膜電導(dǎo)率為35s/cm，seebeck系數(shù)為51μv/k。

對(duì)比例2

二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化鈣構(gòu)成，其中氯化鈣與二硫化鉬的摩爾比0.1:1。

制備方法與實(shí)施例2相同。

所制備出的二硫化鉬薄膜電導(dǎo)率為22s/cm，seebeck系數(shù)為50μv/k。

對(duì)比例3

二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化亞錫構(gòu)成，其中氯化亞錫與二硫化鉬的摩爾比0.8:1。

制備方法與實(shí)施例2相同。

所制備出的二硫化鉬薄膜電導(dǎo)率為7.94s/cm，seebeck系數(shù)為20μv/k。

對(duì)比例4

二硫化鉬納米薄膜由二硫化鉬及氯化亞錫構(gòu)成，其中氯化亞錫與二硫化鉬的摩爾比0.1:1。

制備方法與實(shí)施例2相同。

所制備出的二硫化鉬薄膜電導(dǎo)率為8s/cm，seebeck系數(shù)為19μv/k。

對(duì)比例5

僅測(cè)定不摻雜任何元素的二硫化鉬薄膜電導(dǎo)率為44s/cm，seebeck系數(shù)為31μv/k。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。