[发明专利]一种二维超薄CuBr纳米片的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种二维超薄CuBr纳米片的制备方法及其应用，属于二维纳米材料制备技术领域。通过简单的化学气相沉积法，在云母上通过范得瓦尔斯外延生长，避免了基底与材料的晶格失配；采用BiBr3作为反应源、铜箔作为限域手段，通过调节源量、反应温度和反应时间等参数，得到了厚度为0.9nm～200nm，尺寸为2～150μm的三角形单晶纳米片，实现了CuBr纳米片的可控生长，且制备的CuBr单晶性好，与基底之间不存在晶格失配。

技术领域

本发明属于二维纳米材料制备技术领域，具体涉及一种二维超薄非层状CuBr单晶纳米片的制备方法及其应用。

背景技术

自从2004年石墨烯被安德烈海姆发现以来，众多不同种类不同性质的二维材料，如六方氮化硼，过渡金属硫化物，黑磷等相继被发现并展示出极其优异的电学性质和光学性能。然而，目前二维材料的研究主要局限于具有层状结构的材料，这是因为层状材料的层间范德华接触较弱，可以较为容易地通过机械剥离或CVD等方法制备。但相比于层状材料，非层状材料占据着大多数的材料种类，并且有众多极其重要的半导体材料在属于此列。因此将非层状半导体材料二维化，利用二维材料特性，提升半导体材料的电学和光学性能，并且能够避免晶格失配，有利于构建异质结器件，具有重要意义。然而迄今为止，如何低成本生长超薄高性能的二维非层状材料仍存在着极大的问题。

CuBr是一种具有闪锌矿结构的直接带隙宽禁带半导体材料，室温禁带宽度约为3eV，具有很高的激子结合能108meV和非线性光学的性质，相比于GaN，SiC，ZnO等传统宽禁带半导体，其具有低成本、激子能级丰富和激子结合能大的优势，在发光二极管、紫外光电探测，非线性光学等领域有着广泛的应用前景。但是在过去的块体材料应用中，由于其存在形式多为多晶形式，并且存在与基底的晶格失配的现象，材料缺陷较多，因此制备出来的器件性能往往很差。

发明内容

针对背景技术所存在的不易制备高质量二维非层状CuBr单晶材料的问题，本发明的目的在于提供一种二维超薄CuBr单晶纳米片的制备方法及其应用，该方法通过简单的化学气相沉积法，采用BiBr₃作为反应源、铜箔作为限域手段，通过调节源量、反应温度和生长时间控制生成的二维纳米片的厚度和尺寸，且制备的CuBr单晶性好，与基底之间不存在晶格失配。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种二维超薄CuBr单晶纳米片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将BiBr₃粉末置于坩埚中，然后将坩埚放置于石英管上游第一加热区中心；将覆盖铜箔的基片放置于石英管下游第二加热区中心，其中，铜箔与基片的间距为0～100μm；

步骤2：将石英管内部抽真空至0.1Pa以下，通入Ar气使管内气压保持常压环境，然后向管内通入Ar和H₂混合气体；

步骤3：将第二加热区升温至275～325℃，保持10～60min后，再将第一加热区升温至200～275℃，反应3～20min，反应结束后自然冷却至室温，取出基片，即可在基片上制备得到所述的CuBr单晶纳米片。

进一步地，步骤1所述基片为具有范德瓦尔斯力的基片，具体为云母或者石墨烯基底等。

进一步地，步骤1所述BiBr₃粉末的质量为2～200mg。

进一步地，步骤2所述Ar和H₂混合气体中，H₂体积占比为0％～10％，混合气体的流速为50～100sccm。

进一步地，步骤3所述第二加热区的升温速率为10～25℃/min；第一加热区的升温速率为15～30℃/min。

本发明还公开了一种采用如上述制备方法得到的CuBr单晶纳米片，厚度为0.9nm～200nm，尺寸为2～150μm。