二硫化鉬的應用研究國內(nèi)外文獻綜述1電子應用二硫化鉬在電子方面最引人注目的特性之一就是具有非零的帶隙值。MoS2是半導體，由于其導電性可以改變，因此在電路邏輯和電子設備中有著廣闊的應用[55-58]。并且由于MoS2具有的二維結(jié)構(gòu)可以控制其靜電效應，因此在短通道的FET和低功率電子元器件中的應用也開始增加。二硫化鉬在單層狀態(tài)下會有著不同于塊狀二硫化鉬的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，例如單層的二硫化鉬有著1.85eV的能帶間隙，這樣的性質(zhì)導致單層的被廣泛的應用于納米元器件的開關。Radisavljevic等人首先發(fā)表了基于單層MoS2的可切換晶體管。該器件是將30nm厚的HfO2沉積二氧化硅基底覆蓋單層二硫化鉬形成一個具有6.5?半導體通道的介電層。該設備在室溫的狀態(tài)下顯示出108的開關電流比。該研究表明，MoS2是低待機功率集成電路的一種良好替代品，具有透明和柔性電子方面潛在的應用前景[18]。除了應用在納米元器件作為開關，單層的二硫化鉬可以制成光電響應器。葉等人通過范德華力作用制備了一種黑磷和二硫化鉬異質(zhì)結(jié)，用于光電探測器在可見光到紅外觀測范圍的應用[59]。圖1.8(a)BP/MoS2異質(zhì)結(jié)示意圖。(b)黑磷、MoS2和重疊區(qū)拉曼光譜[59]Figure1.8(a)schematicdiagramofBP/MoS2heterojunction;（b）Ramanspectraofblackphosphorus,MoS2andoverlapregion[59]2固體潤滑劑圖1.8展示了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡中紅外儀器（MIRI）濾輪的MoS2涂層軸承組件[61]Figure1.8showstheMoS2coatedbearingassemblyoftheMirifilterwheeloftheJamesWebbSpaceTelescope[61]與液體潤滑劑相比，固體潤滑劑成本更低，重量更輕，當液體潤滑劑不滿足所需應用的必要性時，可以使用固體潤滑劑進行補充[60]。二硫化鉬由于其本身類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)以及十分低的莫氏硬度。因此是良好的固體潤滑劑。而且二硫化鉬在真空環(huán)境中的性質(zhì)十分穩(wěn)定、不易氧化，作為固體潤滑劑在航空或特殊環(huán)境的機械潤滑中起到了重要作用[61-64]。3生物傳感器治療疾病延長人類壽命的最好以及最經(jīng)濟的方式是預防與早期診斷。因此用于早期診斷的傳感器性能至關重要。衡量生物傳感器的好壞有兩個重要的指標——選擇性與靈敏度[65]。為了提高這兩大性能，目前已經(jīng)有大量的研究對其進行探索以便提高生物傳感器的質(zhì)量[66].其中具有半導體特性、放光特性以及電化學特性的MoS2，是進行生物傳感的極佳探針。圖1.9MoS2納米片和Alexafluor430構(gòu)建的單分子膜分子熒光示意圖[66]Fig.1.9molecularfluorescenceofmonolayersconstructedbyMoS2nanosheetsandAlexafluor430[66]尺寸小于10nm的MoS2被稱為零維的量子點[67-68]。由于量子緊閉效應，在特定的激發(fā)波長下MoS2量子點表現(xiàn)出強的光致發(fā)光[69]。除了上述的應用，二硫化鉬在生物傳感器中作為電極被大量的研究[70-71]。MoS2納米片由于其直接的帶隙特性，在可見光范圍內(nèi)顯示出強烈的熒光，使其成為一種成本低廉的光學生物傳感器的候選材料[72]。一維的MoS2與碳納米管類似，具有良好的電氣應用前景[72]。并且基于場效應晶體管的生物傳感器也吸引了眾多研究者的目光。功能化的通道通過捕獲靜電效應產(chǎn)生的生物分子，場效應晶體管將其轉(zhuǎn)化為可觀測的信號，從而達到診斷的目的。例如李等人通過納米金（AuNPs/MoS2）制備了二硫化鉬檢測電極。使用原子層沉積技術，用于控制MicroRNA-155（miRNA-155）的納米薄片的厚度為14nm。MiRNA-155是一種與癌癥相關的生物標志物，在早期患者體液或血漿中濃度非常低。利用甲苯胺藍（TB）作為雜交指示劑，AuNPs/MoS2可以檢測濃度范圍在1fM～10nm的miRNA-155，檢測限可達0.32fM。如圖1.10所示[73]。圖1.10miRNA傳感平臺的制作步驟和檢測原理[73]Figure1.10fabricationstepsanddetectionprincipleofmiRNAsensingplatform[73]3氣體傳感器隨著工業(yè)與科技日益的發(fā)展，氣體污染物的排放量也急劇增加。例如氮氧化物（NOx），氨氣（NH3），二氧化碳（CO2），硫化氫（H2S）和二氧化硫（SO2）等[74]。目前半導體氣體傳感器檢測核心主要有氣體二極管、化學作用、場效應晶體管和電阻光纖等，其中電阻氣體傳感器由于其低廉的成本和簡易的操作需求備受關注[75-76]。二硫化鉬因其本身具有的半導體特性、場效應以及化學結(jié)構(gòu)的原因，被廣泛的應用于氣體傳感器之中。例如劉等人的工作，如圖1.11所示，通過將二硫化鉬直流磁控濺射在Si基底上面形成n—p結(jié)，通過感應氨氣導致電流變化進行檢測。該傳感器可以在5秒內(nèi)顯示出恢復和快速響應的顯著效果。除此之外一些氣體傳感器的性能總結(jié)于表1.1。圖1.11(a)MoS2/Si異質(zhì)結(jié)由于測量氨氣示意圖；(b)氨氣在MoS2/Si異質(zhì)結(jié)響應范圍；(c)在+5.0V時NH3濃度從200到5000ppm對MoS2/Si異質(zhì)影響[76]Fig.1.11(a)schematicdiagramofMoS2/SiHeterojunctionduetoammoniameasurement;(b)TheresponserangeofammoniainMoS2/SiHeterojunctionislargerthanthatinMoS2/SiHeterojunction;(c)EffectofNH3concentrationfrom200to5000ppmonMoS2/Siheteroplasmat+5.0v[76]表1.1各類氣體傳感器性能Table1.1performanceofvariousgassensors序號目標氣體材料檢出限響應/恢復時間工作溫度文獻1NH3n-MoS2/p-CuO/ITO5ppm17s/26s室溫[77]2NO21D–MoS24.6ppb16s/172s60℃[78]3H2MoS2-(n)/Si(p)0.5%105s/443.5s室溫[79]4NH3MoS2-(n)/Si(p)200ppm5s/5s室溫[12]5NO2MoS2/CdTe/Si10ppm16s/24s室溫[80]6NH3MoS2-(n)/Si(p)10ppm20ses/30s室溫[81]參考文獻[1]Guo,L.,Li,Z.,Chen,H.,Wu,Y.,Chen,L.,Song,Z.,Lin,T.Colorimetricbiosensorfortheassayofparaoxoninenvironmentalwatersamplesbasedontheiodine-starchcolorreaction.AnalyticaChimicaActa.2017,96759-63.[2]Mirkin,N.L.R.a.C.A.Nanostructuresinbiodiagnostics.ChemicalReview2005,1051547-1562.[3]RobertElghanian,J.J.S.,RobertC.Mucic,RobertL.Letsinger,ChadA.Mirkin.Selectivecolorimetricdetectionofpolynucleotidesbasedonthedistance-dependentopticalpropertiesofgoldnanoparticles.Science.1997,2771078-1081.[4]HidenoriO.,Y.A.,YukioN.,KazunoriK..Quantitativeandreversiblelectin-inducedassociationofgoldnanoparticlesmodifiedwithR-lactosyl-ω-mercapto-poly(ethyleneglycol).JournaloftheAmericanChemicalSociety.2001,1238226-8230.[5]Liu,R.,Liew,R.,Zhou,J.,Xing,B.Asimpleandspecificassayforreal-timecolorimetricvisualizationofβ-lactamaseactivitybyusinggoldnanoparticles.AngewandteChemie.2007,119(46),8955-8959.[6]Ai.K.,L.Y.,LuL..Hydrogen-bondingrecognition-inducedcolorchangeofgoldnanoparticlesforvisualdetectionofmelamineinrawmilkandinfantformula.JournaloftheAmericanChemicalSociety.1319496–9497.[7]Guo,L.,Zhong,J.,Wu,J.,Fu,F.,Chen,G.,Zheng,X.,Lin,S.Visualdetectionofmelamineinmilkproductsbylabel-freegoldnanoparticles.Talanta.2010,82(5),1654-1658.[8]Du,J.,Jiang,L.,Shao,Q.,Liu,X.,Marks,R.S.,Ma,J.,Chen,X.Colorimetricdetectionofmercuryionsbasedonplasmonicnanoparticles.Small.2013,9(9-10),1467-1481.[9]Lee,J.-S.,Han,M.S.,Mirkin,C.A.ColorimetricdetectionofmercuricIon(Hg2+)inaqueousmediausingDNA-functionalizedgoldnanoparticles.AngewandteChemie.2007,119(22),4171-4174.[10]Du,J.,Sun,Y.,Jiang,L.,Cao,X.,Qi,D.,Yin,S.,Ma,J.,Boey,F.Y.,Chen,X.Flexiblecolorimetricdetectionofmercuricionbysimplymixingnanoparticlesandoligopeptides.Small.2011,7(10),1407-1411.[11]Du,J.,Zhu,B.,Chen,X.Urineforplasmonicnanoparticle-basedcolorimetricdetectionofmercuryion.Small.2013,9(24),4104-4111.[12]Du,J.,Shao,Q.,Yin,S.,Jiang,L.,Ma,J.,Chen,X.Colorimetricchemodosimeterbasedondiazonium-gold-nanoparticlecomplexesforsulfiteiondetectioninsolution.Small.2012,8(22),3412-34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