本發(fā)明屬于二維材料發(fā)光性能領(lǐng)域，尤其是一種利用無機(jī)鹽來進(jìn)行表面處理來提高單層過渡金屬硫化物材料發(fā)光性能的方法。

背景技術(shù)：

mos2和ws2等單層過渡金屬硫化物（tmcds）由于具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)而引起了廣泛的研究。以ws2為例，作為一種典型的tmcds材料具有優(yōu)異的光致發(fā)光性能且量子產(chǎn)率高等特點(diǎn)，在光電檢測(cè)、發(fā)光二極管等方面有廣泛的應(yīng)用前景。單層ws2可通過機(jī)械剝離或化學(xué)氣相沉積法制備得到。我們以化學(xué)氣相沉積法制備得到的大面積高質(zhì)量單層ws2為例，其生長(zhǎng)過程為由點(diǎn)到面的拓展過程，其形狀由生長(zhǎng)初期的晶核點(diǎn)演變?yōu)樽罱K規(guī)則的三角形。在單層ws2材料生長(zhǎng)初期由于晶核生長(zhǎng)較快或化學(xué)氣相沉積過程中h2的使用導(dǎo)致晶核周圍存在較多的s空位，形成了材料表面的缺陷態(tài)，成為了光生激子的非輻射復(fù)合中心。這造成了三角形狀的單層ws2的邊緣位置具有較強(qiáng)的發(fā)光強(qiáng)度，而中心位置的發(fā)光強(qiáng)度較弱，單層ws2材料的發(fā)光強(qiáng)度的空間分布呈現(xiàn)出了不均勻性。單層tmcds材料的發(fā)光性能尤其是發(fā)光強(qiáng)度的空間分布不均勻的這種物理現(xiàn)象一直是二維材料發(fā)光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。尋求一種切實(shí)可行的方法來提高并均勻化單層tmcds材料的發(fā)光強(qiáng)度，對(duì)進(jìn)一步拓展mos2、ws2等二維過渡金屬硫化物材料在納米光電子器件方面的應(yīng)用意義重大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種切實(shí)可行的無機(jī)鹽表面處理法來提高單層tmcds材料的發(fā)光性能并實(shí)現(xiàn)其發(fā)光強(qiáng)度空間分布的均勻性。該方法易于操作且對(duì)單層tmcds發(fā)光性能的改善明顯，通過無機(jī)鹽的處理來實(shí)現(xiàn)單層tmcds發(fā)光機(jī)制的調(diào)節(jié)且對(duì)其發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使三角形狀的單層tmcds的邊緣位置及中心位置的發(fā)光強(qiáng)度均明顯提高且兩個(gè)位置的發(fā)光強(qiáng)度趨于一致。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種提高單層過渡金屬硫化物材料發(fā)光性能的方法，包括以下步驟，

步驟a：采用化學(xué)氣相沉積法制備呈現(xiàn)規(guī)則三角形狀的單層tmdcs材料，或采用機(jī)械剝離得到的單層tmdcs材料；

步驟b：配置無機(jī)鹽產(chǎn)品；

步驟c：使用步驟b產(chǎn)品對(duì)所述單層tmdcs材料進(jìn)行表面化學(xué)處理，所述表面化學(xué)處理指全面均勻覆蓋；

步驟d：使用無水乙醇和超純水混合溶液對(duì)步驟c獲得的產(chǎn)品進(jìn)行清洗并吹干。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：步驟b中無機(jī)鹽產(chǎn)品以無機(jī)鹽溶液或無機(jī)鹽蒸氣的形式存在，通過對(duì)單層tmdcs的表面進(jìn)行化學(xué)修飾，使二維材料的發(fā)光強(qiáng)度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)且發(fā)光強(qiáng)度的空間分布趨于均勻。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述無機(jī)鹽溶液溶質(zhì)為a2x和ay，其中a代表na⁺和k⁺，x代表s^2-、so3^2-和so4^2-，y代表cl^-、f^-、br^-、hs^-和no3^-。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：無機(jī)鹽溶液的溶劑為去離子水、甲醇和乙醇中的一種或幾種。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟c中表面化學(xué)處理采用滴涂，旋涂和浸潤(rùn)中的一種或幾種。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述無機(jī)鹽溶液配置的過程中采用的溫度范圍為20℃至100℃。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述無機(jī)鹽蒸汽為a2x和ay，其中a代表na⁺和k⁺，x代表s^2-、so3^2-和so4^2-，y代表cl^-、f^-、br^-、hs^-和no3^-。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：無機(jī)鹽蒸氣處理環(huán)境為常壓大氣環(huán)境或常壓氬氣、氮?dú)獗Ｗo(hù)氣的環(huán)境中的一種或幾種。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述tmdcs為ws2或mos2中的一種或兩種。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于前述提高單層過渡金屬硫化物材料發(fā)光性能的方法的應(yīng)用，其應(yīng)用于發(fā)光二極管、光電探測(cè)領(lǐng)域。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所述的提高單層tmcds材料的發(fā)光性能的方法主要由以下兩部分組成：化學(xué)氣相沉積法制備單層tmcds材料和滴涂法對(duì)單層tmcds進(jìn)行表面化學(xué)鹽溶液修飾。本發(fā)明的原理是在化學(xué)處理過程中，a2x（a代表na⁺和k⁺，x代表s^2-、so3^2-和so4^2-）和ay（a代表na⁺和k⁺，y代表cl^-、f^-、br^-、hs^-和no3^-）鹽溶液中的x^2-和y^-優(yōu)先與單層tmcds材料表面缺陷態(tài)處的懸鍵結(jié)合成化學(xué)鍵，修補(bǔ)了單層tmcds材料本身存在的結(jié)構(gòu)缺陷，使三角形狀的tmcds中心位置的非輻射復(fù)合中心極大地減少，最終改善了該材料的發(fā)光性能。

本發(fā)明通過無機(jī)鹽類對(duì)單層tmdcs材料進(jìn)行表面處理調(diào)節(jié)了材料本身的發(fā)光機(jī)制，提高了其發(fā)光強(qiáng)度并使發(fā)光強(qiáng)度的空間分布變得均勻，填補(bǔ)了無機(jī)鹽類來改善單層tmdcs材料發(fā)光性能的空白；本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于單層tmdcs材料光電探測(cè)器等納米光電子領(lǐng)域。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1：實(shí)施例1中所述化學(xué)氣相沉積法制備單層tmcds材料的示意圖。

圖2：實(shí)施例1中所述無機(jī)鹽溶液處理單層tmcds材料過程示意圖。

圖3：實(shí)施例1中所述無機(jī)鹽溶液處理前后單層ws2材料的發(fā)光強(qiáng)度圖。

圖4：實(shí)施例1中所述無機(jī)鹽溶液處理前后單層ws2材料發(fā)光強(qiáng)度的空間分布圖。

圖5：實(shí)施例1中所述無機(jī)鹽溶液處理前后單層ws2材料低溫?zé)晒鈭D。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種無機(jī)鹽表面處理來提高單層tmcds材料發(fā)光性能的方法。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1：na2s鹽溶液對(duì)單層ws2材料進(jìn)行表面修飾

其中，圖1為所述的化學(xué)氣相沉積法制備單層tmcds材料的示意圖。我們以單層ws2材料為例，其制備過程以wo3粉末2為鎢源，以s粉1為s源和還原劑，環(huán)境為h2/ar的混合氣氛4。可通過調(diào)節(jié)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)過程中的條件可以在藍(lán)寶石襯底3上制備得到大面積、高質(zhì)量的單層ws2材料。

圖2為化學(xué)鹽溶液處理單層tmcds材料過程示意圖。處理過程使負(fù)載有單層tmcds材料的襯底7形成具有小角度的斜面，采用滴涂的方法將無機(jī)鹽溶液6滴加于負(fù)載有單層tmcds材料的襯底7表面且保持一定時(shí)間，使鹽溶液6與負(fù)載有單層tmcds材料的襯底7表面充分作用。

1.樣品制備過程

1）用化學(xué)氣相沉積法制備單層ws2材料，如圖1為該裝置相應(yīng)的示意圖。稱取0.5gwo3粉末2于兩英寸的石英舟中作為鎢源，放于化學(xué)氣相沉積裝置的下游位置，即圖1中的區(qū)域1，并在該區(qū)域放置清洗干凈的藍(lán)寶石襯底3；稱取1gs粉1于兩英寸的石英舟中作為s源及還原劑，放于化學(xué)氣相沉積裝置的上游位置，即圖1中的區(qū)域1。實(shí)驗(yàn)在常壓中進(jìn)行，環(huán)境為h2/ar的混合氣氛4。樣品制備前，設(shè)置區(qū)域1的控溫程序?yàn)楸３质覝?5min，隨后以10°c/min的升溫速率升溫至120℃并保持10min，最后程序結(jié)束，區(qū)域2冷卻至室溫；設(shè)置區(qū)域2的控溫程序?yàn)橐?8°c/min的升溫速率由室溫升至200℃保持5min,隨后以35°c/min的升溫速率升溫至900℃并保持10min，最后程序結(jié)束，區(qū)域2冷卻至室溫。

2）配置na2s鹽溶液。將無水甲醇與超純水以體積比為1：1混合均勻，以溶液的摩爾濃度為0.02m稱取na2s粉體加入其中，攪拌30min得到澄清溶液。

2.樣品的化學(xué)處理

用na2s鹽溶液對(duì)單層ws2材料進(jìn)行表面化學(xué)處理，如圖2為該過程的示意圖。將負(fù)載有單層ws2材料的藍(lán)寶石襯底7的一端輕微支起使其形成一個(gè)小角度的斜面，隨后采用移液管5移取1ml的na2s溶液6并將其滴涂于負(fù)載有單層ws2材料的藍(lán)寶石襯底7上。藍(lán)寶石襯底7形成的小斜面可以保證na2s溶液6緩慢均勻地覆蓋整個(gè)樣品表面，達(dá)到對(duì)樣品全面修飾的效果。保持10min后，繼續(xù)將無水甲醇與超純水的混合溶液滴加于負(fù)載有單層ws2材料的藍(lán)寶石襯底7表面，清洗多余的na2s溶液6，最后用高純氮?dú)鈱⒇?fù)載有單層ws2材料的藍(lán)寶石襯底7吹干備用。

3.樣品的熒光性能測(cè)試

通過共聚焦拉曼顯微鏡(witecinstrumentgmbh)對(duì)樣品的熒光性能進(jìn)行評(píng)估。測(cè)試過程中，激發(fā)光波長(zhǎng)為532nm，測(cè)試溫度為常溫。通過對(duì)比化學(xué)處理前后測(cè)試的結(jié)果，來揭示化學(xué)無機(jī)鹽溶液法處理對(duì)單層ws2材料發(fā)光性能的影響。測(cè)試結(jié)果如圖3和圖4所示，圖3為鹽溶液處理前后樣品邊緣位置及中間位置的發(fā)光強(qiáng)度，圖4為鹽溶液處理前后樣品發(fā)光強(qiáng)度的空間分布。

4.樣品的低溫?zé)晒庑阅軠y(cè)試

通過witecinstrumentgmbh搭載的低溫腔對(duì)樣品的低溫?zé)晒庑阅苓M(jìn)行評(píng)估。測(cè)試過程中，激發(fā)光波長(zhǎng)為532nm，測(cè)試溫度為77k-300k。通過對(duì)比化學(xué)處理前后測(cè)試的結(jié)果，來揭示無機(jī)鹽處理對(duì)單層ws2材料發(fā)光機(jī)制的影響。測(cè)試結(jié)果如圖5所示，表明無機(jī)鹽溶液的表面處理有效地改善了單層ws2材料的發(fā)光機(jī)制。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。