[发明专利]大气常温下激光诱导化学合成微纳尺度MoS2

说明书

本发明属于化学合成材料技术领域，并具体公开了大气常温下激光诱导化学合成微纳尺度MoS₂的方法及应用，该方法利用飞秒激光直接作用于包含钼源和硫源的前驱体上以诱导其发生光热化学反应进而生成目标产物MoS₂，该方法可应用在微纳气体探测器的制备中。本发明实现了大气常温下微纳尺度MoS₂产物的制备以及MoS₂图案快速直写加工，同时通过调节激光参数实现产物形貌控制，并基于该技术实现了MoS₂材料在微纳气体探测领域的应用。

技术领域

本发明属于化学合成材料技术领域，更具体地，涉及一种大气常温下激光诱导化学合成微纳尺度MoS₂的方法及应用。

背景技术

近年来，以石墨烯为代表的二维材料，因其具有独特的物理性质和化学性质吸引了国内外研究人员的广泛兴趣。由于石墨烯很难通过物理或者化学调制的方法获得较宽的带隙，导致很难基于石墨烯制造低功耗的器件，从而限制了其在场效应晶体管和光电器件等功能器件领域的应用，随着大家对于新型二维半导体材料在微纳电子领域、光电子领域的潜在应用越来越多的关注，以二硫化钼(MoS₂)为代表的过渡金属硫化物逐渐进入了人们的视野。MoS₂作为过渡金属硫化物的代表，凭借其可控的带隙、优良的物理化学稳定性及独特的光电性能，引起了国内外学者的广泛关注。

MoS₂纳米材料的制备方法可分为“自上而下”和“自下而上”两个大类。其中，“自上而下”的方法包括机械剥离法、液相分离法、离子插嵌法等，该类方法具有工艺简单、成本低廉的优点。但同时存在一定局限性，其中机械剥离法效率极其低下，仅适用于实验室制备，而液相分离法和离子插嵌法获得的产物存在缺陷和相变。“自下而上”的方法包括化学气相沉积法、水热合成法、热分解法等，该类方法具有原料易获取，合成产量大，产物纯度高等优点，但该类方法存在生产成本高，生产周期长等问题。且现有的化学合成法需要数小时的反应时间，加工周期长，加工需要高温高压的环境，造成能耗浪费提高成本，需要过量的原理以保证产出，造成大量的浪费。除此之外，通过传统制备方法合成的纳米材料是在非特定位置的，因此在制备基于MoS₂的微纳器件时，必须在合成MoS₂纳米材料后进行必要的附加工艺。例如，“自上而下”的方法需要对产物进行收集、转移并重新定位到目标衬底上的特定位置，而“自下而上”的方法需要与光刻或离子刻蚀等工艺结合才能实现产物的图案化。必要的附加工艺将带来无法避免的杂质污染及产物缺陷，同时提高器件制备成本造成巨大的浪费。综上所述，现有MoS₂制备工艺存在加工环境苛刻、产量有限、工序繁多的问题，限制了MoS₂材料在集成微纳器件领域的应用。