[发明专利]一种二维原子晶体多层转角WS2

说明书

本发明涉及一种二维原子晶体多层转角WS₂纳米材料及其制备方法。所述WS₂纳米材料由n层WS₂原子层堆叠形成，所述n≥2，堆叠方式为层间连续转角，层与层之间相互独立，相邻两层原子层之间的扭转角度为A，A为0°～60°中的任意角度。所述多层转角WS₂纳米结构随着厚度的增大呈风车状。本发明首次采用简单的金纳米颗粒诱导成核方法合成了具有连续扭转角度的多层WS₂纳米结构，该方法可推广于其他过渡金属硫族化合物转角结构的制备。所制备的样品具有较高的结晶质量，层间扭转角度多样，对于研究纳米级新型转角光电子学及光电集成器件有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种二维原子晶体多层转角WS₂纳米材料的制备方法，属于二维层状纳米材料制备技术领域。

背景技术

二维材料作为一类新兴的纳米材料，不仅在尺寸和结构上具有先天的优势，而且受原子种类、晶格排列的影响，不同的二维材料表现出不同的特性。在此基础上，将二维材料按照人们的意愿堆叠在一起形成的二维材料异质结构又可以极大的丰富这些特性，其在场效应晶体管，光电探测器等领域中具有极大的应用潜能。作为二维材料异质结的一种，转角堆叠二维材料不仅可以与普通的二维材料异质结完美结合，而且其又在扭转角度和晶向角度方面提供两个新的自由度，为二维材料光电子器件的进一步调控提供了空间，为二维材料的发展注入了新的活力。二维原子晶体材料层间较弱的范德华相互作用力主导的层间耦合，为二维材料的研究提供了丰富的平台。层间转角的引入直接决定着二维原子晶体的对称性及层间耦合行为，因此会产生各种新奇的物理特性，例如非常规超导特性、隧穿电导特性、莫尔激子及非线性光学等。因此可以通过控制层间堆叠角度，从而实现二维范德华纳米材料丰富的物理特性。

目前人们制备二维原子晶体转角结构主要是通过机械剥离然后再进行人工堆叠的方法，其优点是可以精准的控制纳米材料层间的扭转角度，缺点是目标样品产率较低，转移过程中材料界面的污染及表面粘附的有机物会极大的影响材料的性能，这也极大的限制了二维转角纳米结构的研究。化学气相沉积法作为大面积合成二维原子晶体及其异质结构的方法，能有效避免人工转移过程中的界面污染，从而获得高产率、具有原子级陡峭界面的纳米异质结构。然而，在层间相互作用的影响下，通过“自下而上”方法合成的二维材料层间转角通常为热力学稳定的0°(AA堆垛)或者60°(AB堆垛)，几乎很难实现其他角度的堆叠。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二维原子晶体多层转角WS₂纳米材料及其制备方法，本发明所提供的WS₂纳米材料，突破了现有技术中通过化学气相沉积法只能得到0°和60°堆垛的二维层状WS₂纳米结构的技术难题，实现了多层WS₂纳米结构的层间转角连续变化。可由AA堆垛转变为AB堆垛，即样品层间堆叠角度可由0°堆剁连续扭转至60°堆垛。

本发明一种二维原子晶体多层转角WS₂纳米材料，所述WS₂纳米材料由n层WS₂原子层堆叠形成，所述n≥2，堆叠方式为层间连续转角，相邻两层原子层之间的扭转角度为A，A为0°～60°中的任意角度。

优选的方案，所述WS₂纳米材料为六方晶格结构。

优选的方案，所述WS₂纳米材料的尺寸为5～30μm。

优选的方案，所述WS₂纳米材料的单层厚度为0.6～0.8nm。

优选的方案，所述WS₂纳米材料呈现“风车”状形貌。

优选的方案，所述WS₂纳米材料的层间连续转角结构由纳米颗粒诱导WS₂成核生长获得。