10石墨烯-二硫化鉬二維復(fù)合材料在光電子器件上的應(yīng)用爭(zhēng)論進(jìn)展石墨烯介紹電性。石墨烯又是一種禁帶寬度幾乎為零的特別材料，其電子遷移速率到達(dá)了1/300光速。由于石墨烯幾乎是透亮的，因此光的透過(guò)率可高97.7%。此外，石墨烯的加工制備可與現(xiàn)有的半導(dǎo)體CMOS(Complementarymetal-oxide-semiconductortransistor)工藝兼容，器件的構(gòu)筑、加工、集成石墨烯開(kāi)發(fā)出一系列型光電器件，并顯示出優(yōu)異的性能和良好的應(yīng)用前景。韌，當(dāng)施加外力時(shí)，碳原子面就會(huì)發(fā)生彎曲形變。在抱負(fù)的自由狀態(tài)下，單層石性。在肯定能量范圍內(nèi),石墨烯中的電子能量與動(dòng)量呈線性關(guān)系，所以電子可視轉(zhuǎn)變。石墨烯的功函數(shù)與鋁的功函數(shù)相近，約為4.3eV，因此在有機(jī)光電器件中爾效應(yīng)，證明白石墨烯是將來(lái)納米光電器件領(lǐng)域極有前景的材料。二硫化鉬的生疏過(guò)渡金屬層狀二元化合物〔MX2〕因具有良好的光、電、潤(rùn)、滑、催化等性[1][2]。MoS2的晶體構(gòu)造有三種：1T2H3R1T-MoS3R-MoS2 2

晶體是典型的層狀構(gòu)造[1]。2 2二硫化鉬三種晶體構(gòu)造二硫化鉬屮單層二硫化鉬由三層原子層構(gòu)成，上下兩層均為硫原子層,中間一層為鉬原子層,鉬原子層被兩層硫原子層所夾形成類(lèi)“三明治”構(gòu)造。這種構(gòu)造使得層內(nèi)存在較強(qiáng)的共價(jià)鍵,層間則存在較弱的范德力。SMoS2晶體外表,對(duì)金屬外表產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用。多層二硫化鉬由假設(shè)干單層二硫化鉬0.65nm。(a)側(cè)視圖(b)和俯視圖(c)二硫化鉬的性質(zhì)是一種灰黑色的固體粉末，無(wú)特別氣味，呈金屬光澤莫氏硬度為1.0-1.5，熔點(diǎn)1185℃，1600℃開(kāi)頭分解，產(chǎn)物為硫和金屬鉬。常溫下二硫化鉬性質(zhì)較為用來(lái)做為固體潤(rùn)滑劑。納米的MoS2MoS2MoS2在性能和應(yīng)用上吸附力增加，反響活性提高，隨之使其在潤(rùn)滑添加劑、催化、光電、各種復(fù)合材料等方面的性能有很大的提高。各向異性：由于二硫化鉬。有類(lèi)似于石墨的層狀構(gòu)造，所以呈現(xiàn)出來(lái)高項(xiàng)異性其作為半導(dǎo)體材料時(shí)垂直于片層方向比平行片層方向的電阻率高1000 倍。當(dāng)在它層間插入有機(jī)化合物時(shí)，它的各向異性表現(xiàn)的更為明顯。光電性能：二硫化鉬特別的三明治夾層構(gòu)造和能帶構(gòu)造，打算了其特別的光電性質(zhì)，如光吸取、熒光放射、高的電子遷移率等。二硫化鉬存在1.29～1.90eV的能帶隙，抑制了石墨烯零帶隙的缺陷，因而在光電器件領(lǐng)域有更寬闊Du等人用重積存法成功制備的MoS2性，被廣泛用于光電子器件。類(lèi)石墨烯二硫化鉬的進(jìn)展及制備類(lèi)石墨烯二硫化鉬在熱、電、光、力學(xué)等方面的性質(zhì)及其在光電,一般的化料的可掌握備是影響和制約類(lèi)石墨烯二硫化鉬長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)展的關(guān)鍵所在。目前可以承受的方法主要有:微機(jī)械力剝離法、鋰離子插層法、液相超聲法等“自上而下”的剝離法(2所示)，以及高溫?zé)岱纸?、氣相沉積、水熱法等“自下而上”的合成法。在“自上而下”的制備性較差。鋰離子插層法是目前剝離效率最高的方法，它適用范圍廣,多用于二次電池和發(fā)光二極管；缺點(diǎn)是耗時(shí)、制備條件嚴(yán)格，且去除液相超聲法則是最進(jìn)展出來(lái)的方法,它以操作簡(jiǎn)潔、制備條件相對(duì)寬松而正被廣泛應(yīng)用于光,且產(chǎn)物,尚存在制備本錢(qián)高、工藝掌握簡(jiǎn)單等問(wèn)題,而且通過(guò)合成法獲得類(lèi)石墨烯二硫化鉬的純度和光、電性質(zhì)等仍遜色于剝離法。但是“自下而上”合成法具有方法、手段、底物等各方面的可控性及多樣性，很具進(jìn)展?jié)摿Γㄟ^(guò)不斷創(chuàng)和優(yōu)化制備條件，有望實(shí)現(xiàn)大面積、高質(zhì)量類(lèi)石墨烯二硫化鉬的規(guī)?；苽?。類(lèi)石墨烯二硫化鉬的表征和光物理性質(zhì)構(gòu)造表征構(gòu)造表征類(lèi)石墨烯二硫化鉬特別的二維層狀構(gòu)造是其特別性能的根本緣由,因此其爭(zhēng)論的首要問(wèn)題是找到能夠準(zhǔn)確、高效地表征二維層狀構(gòu)造的方法,這不僅可以推斷類(lèi)石墨烯二硫化鉬的制備成功與否,而且有助于更好地探究類(lèi)石墨烯二硫化鉬的性質(zhì)與材料構(gòu)造的關(guān)系,促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用。,包括原子力顯等.AFM是鑒別類(lèi)石墨烯二硫化鉬層數(shù)最直接的方法,它通過(guò)掃描測(cè)量樣品外表得到的高度差即可推斷剝離的程度(見(jiàn)圖3a,74假設(shè)掃描得到的高度1.0nm左右,即可推斷是單層二硫化鉬)。通過(guò)SEMTEM測(cè)量邊緣褶皺也能粗略推斷類(lèi)石墨烯二硫化鉬的剝離程度見(jiàn)圖3(b,c),65,67).此外,廣泛用于石墨烯構(gòu)造表征的拉曼(Raman)光譜法也是表征類(lèi)石墨烯二硫化鉬的有力工具,拉曼光譜法不僅表征快速、準(zhǔn)確,而且不會(huì)破壞樣品的晶體構(gòu)造,通過(guò)直接測(cè)量面內(nèi)振動(dòng)模式E12g和面外振動(dòng)模式A1g的拉曼位移便可推斷類(lèi)石墨烯二硫化鉬的剝離程度和效果:75例如單層二硫化鉬的E12g和A1g16-18cm-1;雙層二硫化鉬的E12g和A1g間的位移差為21cm-1;E12g和A1g間的位移23cm-1(3d所示)。光物理性質(zhì)的能帶構(gòu)造,因此擁有特別的光物理性質(zhì),如光吸取、熒光(PL)放射等.爭(zhēng)論這些特別的光物理性質(zhì),對(duì)于制作基于類(lèi)石墨烯二硫化鉬的光電器件格外重要。4.2.1光吸取:塊狀二硫化鉬是間接帶隙半導(dǎo)體,沒(méi)有特征吸取峰;而類(lèi)石墨烯二硫化鉬是直接帶隙半導(dǎo)體,其特征吸取峰在紫外吸取光譜上位于620670nm四周,對(duì)應(yīng)1b中A、B兩種從導(dǎo)帶到價(jià)帶的豎直躍遷方式(4a)。3.2.2熒光2023Wang76覺(jué)察.當(dāng)塊狀二硫化鉬被剝離至薄層時(shí),會(huì)消滅熒光且熒光強(qiáng)度與二硫化鉬的層數(shù)成反比。他們承受微機(jī)械力法剝離二硫化鉬并選取532nm波長(zhǎng)的激光激發(fā)類(lèi)石墨烯二硫化鉬,結(jié)果成功采光現(xiàn),如2023年Eda等用鋰離子插層法剝離二硫化鉬,退火處理之后也成功采集到類(lèi)似的熒光放射光。類(lèi)石墨烯二硫化鉬在光電子器件上的應(yīng)用,有金屬光澤,1185°C,密度4.8g·cm-3,1.0-1.5,具有抗磁性和半導(dǎo)體性質(zhì)。二硫化鉬晶體屬于六方晶系,晶體構(gòu)造主要為八面體構(gòu)造和三棱柱構(gòu)造。二硫化鉬具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能,常用于潤(rùn)滑機(jī)械軸承以減小摩擦和磨損,擁78-80然而,當(dāng)二硫化鉬的厚度薄到肯定程度形成類(lèi)石墨烯二硫化鉬時(shí),卻表現(xiàn)出獨(dú)特的光電半導(dǎo)體性質(zhì),和石墨烯一樣在光電器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET),它主要帶隙半導(dǎo)體,22故可用來(lái)制作大開(kāi)關(guān)電流比、高載流子遷移率和低耗能的FET.51,85Kis等16先用微機(jī)械剝離法得到單層二硫化鉬,隨后轉(zhuǎn)移單層二硫化鉬到具有270nm厚SiO2的硅基片上,再利用電子束刻蝕50nm厚的金電極,200°C下退火以減小電阻,最終用原子層積法(atomiclayerdeposition,ALD)30nm厚的二氧化108,217cm2·V-1·s-1.Iwasa53先承受微機(jī)械力法剝離得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬,之后轉(zhuǎn)移二硫化鉬到透亮的氧化鋁基底上,Ti/Au電極,并選用離子液n型半導(dǎo)體性質(zhì)不同,電雙層晶體管既顯pn型性質(zhì)。這種晶體管的開(kāi)/200,其中空。Wang86報(bào)道了以雙層二硫化鉬作為導(dǎo)電通道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作過(guò)程。具體制作步驟如下:首先用微機(jī)械力剝離法得到雙層二硫化鉬,隨后轉(zhuǎn)移雙層二硫化鉬至摻有285nmSiO2的硅基片上,再利用電子束刻蝕法制作Ti/Au電極并選取Al和Pd作為兩個(gè)柵極從而最終整合成含正(增加模式)、負(fù)(衰減模式)閾值電壓的晶體管。結(jié)果,器件的報(bào)道了摻雜聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))的類(lèi)石墨烯二硫化鉬(1-3層)作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電通道,陰極Al作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極結(jié)果器件的開(kāi)/關(guān)電流比到達(dá)105,電子遷移率到達(dá)220cm2·V-1·s-1。傳感器維層狀構(gòu)造等緣由有利于氣體分子的吸附,從而在氣體傳感器方面擁,而且工作溫度高(350°C以上).88Colbow89通過(guò)從單層二硫化鉬懸濁液中沉積二硫化鉬到鋁基底而成功制作出高敏感的氫氣傳感器.Zhang551-4層的類(lèi)石墨烯二(NO)氣體的濃度。檢測(cè)濃度范圍為0.3×10-6-2×10-6(體積分?jǐn)?shù)),檢測(cè)效果穩(wěn)定性好、靈敏度高(7所示);2層的二硫化鉬效果最好。最近,Zhang90又用鋰離子插層法制備出的類(lèi)石墨烯二硫化鉬作為活性通道、復(fù)原氧化石墨烯(rGO)作為源、漏極,制成柔性薄膜晶體管陣列來(lái)檢測(cè)毒性氣體NO2的濃度:,而且可重復(fù)性好、氣體敏感度高;晶體管的氣體敏感度隨二硫化鉬厚度的增加而降低,這是由于二硫化鉬薄膜厚度的增加會(huì)降低二硫化鉬通道的比外表積,從而最終降低氣體的敏感性。他們覺(jué)察二硫化鉬薄膜的最4nm,NO20.5×10-6-5×10-6(體積分?jǐn)?shù))。類(lèi)石墨烯二硫化鉬除可用作氣體傳感器之外,還能用作光傳感器.Salardenne91曾用Ni基底得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬薄膜,經(jīng)沉積、退火后覺(jué)察具有良好的光敏感性。Zhang92用單層二硫化鉬制作光晶體管并用于光檢測(cè),覺(jué)察器件中光電流的產(chǎn)生只取決于入射光的強(qiáng)度且光電流的產(chǎn)生和湮滅在50ms內(nèi)便可完成轉(zhuǎn)換過(guò)程,且光檢測(cè)的波長(zhǎng)范圍可通過(guò)使用不同厚度的類(lèi)石墨烯二硫化鉬來(lái)調(diào)控。93Im94分別用單層和雙層二硫化鉬制作成光晶體管來(lái)作光檢測(cè)器,覺(jué)察單層和雙層二硫化鉬光晶體管能有效檢測(cè)綠光,而三層二硫化鉬制作的光晶體管則適合檢測(cè)紅光.Kim95通過(guò)制作類(lèi)石墨烯二硫化鉬的薄膜晶體管的光檢測(cè)器,覺(jué)察多層二硫化鉬因相對(duì)更窄的能隙(1.3eV),其光譜探測(cè)范圍橫跨紫外區(qū)-近紅外區(qū)。有機(jī)發(fā)光二極管、存儲(chǔ)器等方面有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)具有自發(fā)光、廣視角、低耗能、全彩色等優(yōu)點(diǎn),在平板顯示、固態(tài)照明等領(lǐng)域具有寬闊的應(yīng)用前景。96和被OLED空穴注入材料的三氧化鉬一樣,類(lèi)石墨烯二硫化鉬也可以作為OLED的空穴注入層和主體材料.Friend60,62,100報(bào)道了將類(lèi)石墨烯二硫化鉬用作OLED陽(yáng)極的空穴注入層(8(a,b)),在ITO/MoS2/MoO3/PFO/Ca/Al(PFO:polyfluorene)的器件中,經(jīng)過(guò):啟亮電壓為2.4V;3V時(shí)亮度到達(dá)1000cd·m-2.Frey等63報(bào)道了類(lèi)石墨烯二硫化鉬用作OLED:在藍(lán)光磷光器件ITO/HIL/(MoS2/PFO)/Ca/Ag中,PFO作為客體材料類(lèi)石墨烯二硫化鉬則作為器件的主體材料,100°C7h。類(lèi)石墨烯二硫化鉬還因獨(dú)特的能帶構(gòu)造和量子限域效應(yīng)而成為一種適用于存儲(chǔ)器件的電荷俘獲材料.Zhang101通過(guò)將二硫化鉬(PVP),結(jié)果得到MoS2-PVP的納米復(fù)合物并成功制作閃存型(flash)存儲(chǔ)器件,其中開(kāi)/100(8(c,d))。6總結(jié),在抑制零帶隙石墨烯的缺點(diǎn)同時(shí)照舊具有石墨烯的很多優(yōu)點(diǎn),從而在二次電池、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、傳感器、電致發(fā)光、電存儲(chǔ)等眾多領(lǐng)域擁有寬闊有很多理論和應(yīng)用的根本科學(xué)問(wèn)題需要解決:首先就其制備方法來(lái)看,不管常用的微機(jī)械力剝離法、離子插層、液相超聲法等為主的“自上而下”的剝離