[发明专利]二维材料纳米卷及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及纳米材料及其制备领域，公开了一种二维材料纳米卷及其制备方法和应用，其中，该二维材料纳米卷为通过采用溶液浸渍和/或滴涂在二维材料薄膜的表面上，从而使该二维材料薄膜自动卷曲而得到的；其中，该二维材料纳米卷为中空棒状，长度为50nm‑1cm，外直径为5‑500nm，内中空层直径为2‑100nm，层间距为0.3‑10nm；制备的基于该二维材料纳米卷的场效应晶体管的迁移率为8‑4000厘米/(伏·秒)。采用本发明的方法能够高收率地制备高质量的二维材料纳米卷，另外，该方法操作简单灵活，合成成本低，反应时间短。

技术领域

本发明涉及纳米材料及其制备领域，具体地涉及二维材料纳米卷及其制备方法和应用。

背景技术

超薄的二维材料是一类新兴的纳米材料，具有片状结构，横向尺寸大于一百纳米或者高达几微米甚至更大，而厚度仅仅单原子或者几个原子厚(一般不到5纳米)。对这类材料的探索可以追溯到几十年前，但是超薄二维材料的复兴是在2004年，这一年Novoselov、Geim及其团队用透明胶带成功地从石墨上剥离出石墨烯(这种方法现在已经称为微机械剥离技术)。独特的二维特点对于获取在二维尺度上电子监禁而产生的空前的物理、电学和化学性质是不可缺少的。石墨烯是单原子厚的多晶碳膜。由于惊奇的性质比如超高的室温迁移率、量子霍尔效应、超高的比表面积、高的杨氏模量、出色的光学透明度和优异的电、热传导，石墨烯成为二维材料领域一个典型的模型并激发了其他类石墨烯超薄二维材料的探索。氮化硼(h-BN)、过渡金属二硫族化合物(TMDs)、石墨相氮化碳(g-C₃N₄)、层状金属氧化物和层状双氢氧化物(LDHs)都是典型的类石墨烯超薄二维纳米材料。它们表现出了各种各样的性质。对石墨烯及类石墨烯二维纳米材料的广泛研究进一步丰富了对二维超薄家族成员的探索，像过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物、贵金属、金属-有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)、聚合物、黑磷(BP)、硅烯、锑烯、无机钙钛矿和有机—无机杂化钙钛矿等。另外，超薄二维材料的制备目前也取得很大的进展，为开发其应用潜力提供了前提。

自组装是开发二维材料潜力的有效途径之一，但目前研究主要集中于平面结构的自组装包括范德华固体和其他二维杂化系统。基于平面二维材料连续卷曲形成的纳米卷结构是其自组装的另一形式，目前已经被理论预测在继承片层材料优异性质的同时也具备自身独特的性质，在储氢，超级电容器和锂离子电池方面都有潜在的应用。

但是，由于缺乏高产量、简便可靠的制备方法，其性质和应用研究在实验方面受到很大的阻碍。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种二维材料纳米卷及其制备方法和应用，本发明提供的方法能够高收率地制备高质量的二维材料纳米卷，采用该纳米卷作为半导体层的场效应晶体管具有优异的电学性质。另外，该方法还具有操作简单灵活，合成成本低，反应时间短等优点。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种二维材料纳米卷，其中，所述二维材料纳米卷为通过采用溶液浸渍和/或滴涂在二维材料薄膜的表面上，从而使该二维材料薄膜自动卷曲而得到的；其中，所述二维材料纳米卷为中空棒状，长度为50nm-1cm，外直径为5-500nm，内中空层直径为2-100nm，层间距为0.3-10nm。

本发明第二方面还提供了一种二维材料纳米卷的制备方法，其中，该方法为通过采用溶液浸渍和/或滴涂在二维材料薄膜的表面上，从而使该二维材料薄膜自动卷曲而形成中空棒状、长度为50nm-1cm，外直径为5-500nm，内中空层直径为2-100nm，层间距为0.3-10nm的纳米卷。

本发明第三方面还提供了一种由上述方法制备的二维材料纳米卷。

本发明第四方面还提供了一种场效应晶体管，其中，该场效应晶体管以上述所述二维材料纳米卷中的一种或多种为半导体层。