[发明专利]一种二维晶体的生长方法

说明书

本发明涉及晶体制备技术领域，特别是涉及一种二维晶体的生长方法。该种方法包括制膜、通气氛和扩面等步骤，在制膜的过程中需要在原溶剂中添加表面活性物质以减小溶剂的表面张力，而在通气氛过程中则需要充入气态的与原溶剂不相容的溶剂以使得晶体更容易析出。这种二维晶体的生长方法，不需要放置在器皿中进行培养，所以减少了与器皿中的其他物质接触的机会，生成的晶体杂质少，纯度高，同时因为生长晶体的工具可以任意改变大小，从而可生长出面积可控的二维晶体。

技术领域

本发明涉及晶体制备技术领域，尤其是涉及一种二维晶体的生长方法。

背景技术

自2004年石墨烯被发现以来，探寻其他新型二维晶体材料一直是二维晶体研究领域的前沿课题。二维原子晶体是具有单个或几个原子层厚度的材料，该类材料具有维度低、屏蔽效应弱和量子束缚效应强、物性丰富和调控能力强等特点，因此其在纳米电子器件、光电子器件方面具有潜在的巨大应用价值。

现阶段对于二维材料的研究集中在制备、表征、修饰改性、理论计算以及应用探索等几个方面，且均已取得了很大的进展。例如,在制备方面，机械剥离法被广泛用来制备得到二维材料样品，供实验室物性研究以及器件制作；利用化学气相沉积的方法可以制备大面积、高质量、层数可控的石墨烯以及部分过渡金属硫族化合物材料,为商业化应用奠定了基础。

但同时,二维材料的研究还面临着诸多的挑战。首先，材料的制备水平远未达到光电子器件应用的标准。虽然通过机械剥离的方法可以得到大部分的二维层状材料，但是这种方法效率较低，样品横向尺寸较小，厚度不容易控制。通过其他的方法例如液相剥离或者化学气相沉积可以制备石墨烯和部分过渡金属硫族化合物，但样品的层数、边缘形貌、缺陷密度、相、参杂浓度等参数都较难以控制，且这些方法在新的二维材料制备方面有待进一步优化。所以，要实现二维材料的广泛应用，还有很长的一段路要走。

因此，针对以上提到的二维晶体中存在的问题有必要对现有二维晶体的生长方法予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种二维晶体的生长方法。

为了实现上述目的，本发明提供的一种二维晶体的生长方法，所述晶体生长方法包括以下三步，具体步骤包括：

S1.配置原溶剂，即将长晶体所需的溶质加入到原溶剂中，并充分搅拌至溶液无溶质沉淀；

S2.制膜，即在S1配置好的溶液中加入表面活性物质，然后将溶液倒入特制模具中制造出气泡膜；

S3.保温，将S2制备的气泡膜放入恒温箱中；

S4.通气氛，即将反溶剂以气体的形式注入恒温箱中；

S5.扩面，即通过模具中的工具改变气泡膜的表面积，从而制得晶体。

优选地，所述的二维晶体的生长方法中，长晶体所需的溶质为钙钛矿材料。钙钛矿材料并不是专指一种含钙和钛的某种化合物，而是一类具有ABX₃结构的晶体材料的总称，其中A是较大的阳离子，B是较小的阳离子，X是阴离子，钙钛矿材料具有很好的光伏特性，换句话说，可以把光能转换为电能。同时，用钙钛矿材料生长出的晶体具有制造成本低，光电转化效率高等优势(当前其转换效率已提高到约21％)。具体在本发明中，溶质为氯化铅和氯化铯，所述氯化铅和氯化铯的摩尔比为1:1。

优选地，所述原溶剂为极性大于4.5的有机溶剂。之所以要选用高极性的有机溶剂是因为钙钛矿材料只能溶解于高极性的有机溶剂，像二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丁内酯(GBL)与N-甲基吡咯烷酮(NMP)这些都是极性大于4.5的有机溶液，也是我们在实验时的最佳选择。同时，生产和使用有机溶剂时，要加强密闭和通风，减少有机溶剂的逸散和蒸发。采用自动化和机械化操作，以减少操作人员直接接触的机会。皮肤粘膜受污染时，应及时冲洗干净，使用个人防护用品，如防毒口罩或防护手套。