二维二硫化钼(MoS2)及应用.pptx

二维二硫化钼(MoS2)及应用2维度是最能定义材料体系的一个重要参数。由于维度受限导致的小尺寸效应、量子限域效应和表面效应等的作用,低维结构表现出新颖的结构特性和独特的物理性质。低维结构是指三维空间中至少有一维尺度受限,并且还必须表现出新的特性或性能提升,两者缺一不可。按维数分类,纳米结构的基体可分为零维、一维、二维和三维。准零维(原子团簇、纳米颗粒等)、准一维(纳米线、纳米管等)以及由低维结构为基元组成的三维结构随着纳米科学与技术的快速发展被广泛研究。简介研究背景3石墨烯(Graphene)是二维结构的一个典型代表,它只有一个原子层厚,达到了母体石墨的几何极限。作为一个理想的二维量子体系,在理论上Graphene并不是一个新事物。WallacePhilip在20世纪40年代就对石墨烯二维量子体系的电子结构开展了研究。几年后,。尽管人们对Graphene的电输运性能提出过质疑,但是并没有阻挡理论学家对石墨烯这个理想模型结构的研究热情。研究背景二维材料典型代表:石墨烯4研究背景制备石墨烯(graphene)之路早期美国和日本的科学家试图分别利用硅片以及原子力显微镜的针尖在石墨的表面摩擦获得单层的石墨烯,但是很可惜没有对产物进行细致的测量。2005年,美国KimPhilip等人通过铅笔的石墨笔芯划写表面,也成功地得到了石墨薄片,但是这些薄片的最低层数只能够达到十层左右这个工作为单层石墨烯实物的发现提供了一种可能,令人遗憾的是幸运之神并没有眷顾他们。利用石墨独特的层内强共价键结合而层间范德瓦尔斯弱相互作用的特点,人们长期以来一直试图尝试把石墨这种层状材料分解为单个原子层。其中化学剥离的方法可以将层状材料的各单位原子层有效分离,但是无法从剥离后的胶状体中提取出孤立的二维晶体;化学剥离石墨的实验结果也表明,其剥离产物是多个原子层的原子晶体堆垛而成。,最终首次从石墨中剥离出单个原子层的基本层结构,即石墨烯。石墨烯的发现立即震撼了凝聚态物理界,这一突破性进展为类石墨烯二维原子晶体的制备及其新奇量子效应研究开拓了崭新的领域。(Two-rystals)这个概念用来描述石墨烯和类石墨烯的二维结构。,多种范德瓦尔斯层状材料的基本层结构构成的类石墨烯二维结构被成功制备出来。类石墨烯结构的二维结构不仅有效继承了其母体材料各向异性的结构特征,其层内为强的共价键结合;同时由于维度的降低其性质表现得更加独特。种类繁多的类石墨烯二维结构家族已在功能结构材料、新型光电器件与集成、催化、传感与清洁可再生能源等诸多领域都展现出了广阔的应用前景。5研究背景6研究背景中国石墨烯技术重大突破——石墨烯层数可调控近期,中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI材料课题组在层数可控石墨烯薄膜制备方面取得新进展。课题组设计了Ni/Cu体系,并利用离子注入技术引入碳源,通过精确控制注入碳的剂量,成功实现了对石墨烯层数的调控。相关研究成果以Synt-hesisofLayerTunableGraphene:icImplantationandThermalEjectionAp-proach为题作为背封面(BackCover)文章发表在AdvancedFunctionalMaterials2015年第24期上。石墨烯以其优异的电学性能、出众的热导率以及卓越的力学性能等被人们普遍认为是后硅CMOS时代延续摩尔定律的最有竞争力的电子材料,拥有广阔的应用前景。然而,针对特殊的应用需求必须对石墨烯的层数进行精确控制。上海微系统所SOI材料课题组围绕石墨烯层数控制问题,结合Ni和Cu在CVD法中制备石墨烯的特点,利用两种材料对碳溶解能力的不同,设计了Ni/Cu体系(即在25μm厚的Cu箔上电子束蒸发一层300nm的Ni),并利用半导体产业中成熟的离子注入技术将碳离子注入到Ni/Cu体系中的Ni层中,通过控制注入碳离子的剂量(即4E15ato-ms/cm2剂量对应单层石墨烯,8E15atoms/cm2剂量对应双层石墨烯),经退火后成功实现了单、双层石墨烯的制备。与传统的CVD制备石墨烯工艺相比,离子注入技术具有低温掺杂、精确的能量和剂量控制和高均匀性等优点,采用离子注入法制备石墨烯单双层数仅受碳注入剂量的影响,与气体的体积比、衬底厚度以及生长温度无关。此外,离子注入技术与现代半导体技术相兼容,有助于实现石墨烯作为电子材料在半导体器件领域真正的应用该研究得到了国家自然科学基金