[发明专利]一种碲化铌二维材料及其合成和应用

说明书

本发明属于二维材料制备领域，具体公开了一种NbTe₂二维材料的制备方法，其特征在于：将NbCl₅在不低于120℃的挥发温度、Te粉在500‑700℃的挥发温度下挥发；挥发后的原料在20～220sccm的载气流量、500‑700℃的沉积温度下反应并生长在基底表面，制得NbTe₂二维材料；所述的载气为保护气和氢气的混合气氛，其中，氢气的体积百分数1‑10％。本发明还公开了所述制备方法制得的NbTe₂二维材料及其应用。本发明制备的NbTe₂纳米片形貌良好为六边形或三角形，厚度为4.5‑360nm，大小在2‑30μm，为单晶，质量高且厚度可控。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种碲化铌二维材料的制备及其在电学器件、磁学中的应用。

技术背景

过渡金属二硫族化合物(TMDs)是一类层状材料，其中一层金属原子夹在两层硫族元素之间，作为单层结构¹。自20世纪60年代以来，大量TMDs被广泛研究用于各种研究领域，如润滑，电池，电荷密度波材料和超导等等。最近，这些材料重新引起了人们的兴趣，这是因为在二维材料(2D)中出现了有趣的物理现象。在2D TMD中，TMD的半导体子集(其中过渡金属通常是Mo或W和硫族元素原子是S或Se)，由于其在潜在的电子学和光电学应用领域而受到最大的关注.

作为TMDs的一员，金属性过渡金属二硫族化合物(MTMDC)表现出丰富的吸引人们研究的特性，如磁性^2-3，电荷密度波^4-7和超导电性^8-10，在近几十年来，引起了科学家们的广泛关注。最近，对这些MTMDC(TaS₂，NbSe₂等)的研究兴趣再次提高，因为它们已经被证明是探索集体电子态到二维(2D)极限^11-14的理想系统。更有趣的是，这些层状材料具有良好的导电性能和缺少带隙，如果它们可以被减薄到纳米尺寸，表明它们具有一系列潜在的应用，如透明电极¹⁵和能量转换/存储¹⁶。然而，广受赞誉的金属性过渡金属二硫族化合物几乎尚未探索，这与半金属石墨烯^17,18及其二硫属元素化物类似物(如单层MoS₂^19,20，MoTe₂^21,22和ReS₂^23,24)形成鲜明对比。这主要归因于批量生产高质量大尺寸厚度在10nm以下的MTMDC纳米片的滞后性研究进展^14,25,26。

VB族金属碲化物NbTe₂由于临近金属离子对(Nb⁴⁺-Nb⁴⁺)之间拥有很强的电子耦合，使得它们可以作为多种物理现象研究的基础，NbTe₂被证明存在有电子密度波的转变、超导性和磁各向异性。NbTe₂理论为一类层状材料，其的成功制备有助于拓展二维材料家族，为制备新的电子器件设备以及二维材料本征磁性的研究提供了新的可能。虽然NbTe₂具有如此独特的性质，但是目前对于它们的研究多基于理论计算或者块状单晶，迫切的需要实验上成功制备超薄NbTe₂单晶并对它们进行更深入的研究。

参考文献

1.Wang,Q.H.et al.Electronics and optoelectronics of two-dimensionaltransition metal dichalcogenides.Nat.Nanotechnol.7,699(2012).