[发明专利]一种提高单层过渡金属硫化物材料发光性能的方法

说明书

本发明涉及一种采用无机盐对单层过渡金属硫化物（TMDCs）材料表面处理来提高其发光性能的方法，属于二维材料发光领域；该方法主要由化学气相沉积法或机械剥离制备单层TMDCs材料和滴涂法对单层TMDCs进行表面化学盐溶液修饰两部分组成；其原理是：无机盐中的阴离子与单层TMDCs材料表面存在的悬键结合成化学键，修补了单层TMDCs材料表面本身存在的结构缺陷，减少了材料内部的非辐射复合中心，改善了单层TMDCs材料的发光性能；本发明通过无机盐类对单层TMDCs材料进行表面处理调节了材料本身的发光机制，提高了其发光强度并使发光强度的空间分布变得均匀，填补了无机盐类来改善单层TMDCs材料发光性能的空白；本发明可广泛应用于单层TMDCs材料光电探测器等纳米光电子领域。

技术领域

本发明属于二维材料发光性能领域，尤其是一种利用无机盐来进行表面处理来提高单层过渡金属硫化物材料发光性能的方法。

背景技术

MoS₂和WS₂等单层过渡金属硫化物(TMCDs)由于具有独特的光学、电学性质而引起了广泛的研究。以WS₂为例，作为一种典型的TMCDs材料具有优异的光致发光性能且量子产率高等特点，在光电检测、发光二极管等方面有广泛的应用前景。单层WS₂可通过机械剥离或化学气相沉积法制备得到。我们以化学气相沉积法制备得到的大面积高质量单层WS₂为例，其生长过程为由点到面的拓展过程，其形状由生长初期的晶核点演变为最终规则的三角形。在单层WS₂材料生长初期由于晶核生长较快或化学气相沉积过程中H₂的使用导致晶核周围存在较多的S空位，形成了材料表面的缺陷态，成为了光生激子的非辐射复合中心。这造成了三角形状的单层WS₂的边缘位置具有较强的发光强度，而中心位置的发光强度较弱，单层WS₂材料的发光强度的空间分布呈现出了不均匀性。单层TMCDs材料的发光性能尤其是发光强度的空间分布不均匀的这种物理现象一直是二维材料发光领域的研究热点。寻求一种切实可行的方法来提高并均匀化单层TMCDs材料的发光强度，对进一步拓展MoS₂、WS₂等二维过渡金属硫化物材料在纳米光电子器件方面的应用意义重大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种切实可行的无机盐表面处理法来提高单层TMCDs材料的发光性能并实现其发光强度空间分布的均匀性。该方法易于操作且对单层TMCDs发光性能的改善明显，通过无机盐的处理来实现单层TMCDs发光机制的调节且对其发光强度进行调节，使三角形状的单层TMCDs的边缘位置及中心位置的发光强度均明显提高且两个位置的发光强度趋于一致。

本实用新型是这样实现的，一种提高单层过渡金属硫化物材料发光性能的方法，包括以下步骤，

步骤A：采用化学气相沉积法制备呈现规则三角形状的单层TMDCs材料，或采用机械剥离得到的单层TMDCs材料；

步骤B：配置无机盐产品；

步骤C：使用步骤B产品对所述单层TMDCs材料进行表面化学处理，所述表面化学处理指全面均匀覆盖；

步骤D：使用无水乙醇和超纯水混合溶液对步骤C获得的产品进行清洗并吹干。

本实用新型的进一步技术方案是：步骤B中无机盐产品以无机盐溶液或无机盐蒸气的形式存在，通过对单层TMDCs的表面进行化学修饰，使二维材料的发光强度提高一个数量级且发光强度的空间分布趋于均匀。