二维纳米材料的制备

王贝贝　张珍军

摘要：近年来，二维材料如石墨、六方氮化硼和二硫化钼，由于他们独特的电子和结构特性，受到了国内外科学家的广泛关注，尤其是作为可饱和吸收体，在产生超短脉冲的应用上起到了至关重要的作用。文章归纳总结了二维纳米材料的几种制备方法。

关键词：二维材料；自上而下法；自下而上法

0引言

在二维材料如石墨烯、氮化硼和过渡金属硫化物等制备方法体系上已经日渐成熟，常用的方法有自上而下的微机械剥离和液相剥离法、自下而上的化学气相沉积、物理气相沉积和分子数外延等。

1自上而下制备方法

1.1微机械剥离法

用胶带从块状样品上粘下一片并重复剥离的方法称为微机械剥离法。例如石墨烯，能够使用微机械剥离的方法从高定向热解石墨上剥离得到。用此方法制备的样品表面干净，样品品质高，适合用于材料特性和器件等方面的基础研究。不过，获得样品效率比较低，且制备的样品尺寸小，无法控制样品层厚度，在大规模产业化研究上存在着很大的局限性。

1.2液相剥离法

液相剥离法是能大量获得样品的一种方法，主要通过液相分散介质分散晶体粉末，其使用超声、离心等手段提供外部作用力，獲得原子薄层厚度的样品。同样这种措施也存在弊端，采用此方法获得的样品层数分布不均匀，样品品质和尺寸较差，一般情况用此方法进行化学改性方面的研究。

相较于液相剥离法，离子插层法是另一种基于液相剥离的办法，1970年Morrison等最早用离子插层来完成样品的剥离。3种离子插层法完成剥离的情况如图1所示。

2自下而上制备方法

2.1化学气相沉积

化学气相沉积法是制备高质量半导体薄膜晶体的常见方法，原理是利用反应物之间的氧化还原，生成固态沉淀物形成薄膜。2009年Ruffo团队以铜箔为衬底，甲烷为碳源，得到大面积石墨烯薄膜，如图2所示。

在化学气相沉积过程中，温度、气压及气流大小都会影响最终成膜质量，可以通过改变这些参数控制成膜状况。sina团队利用化学气相沉积得到不同形貌二硫化钼并通过特制的模板得到了不同图案的二硫化钼薄膜。通过控制沉积条件，在绝缘基底上得到了二硫化钼二硫化钨异质节和平面间的二硒化钨二硒化钼异质节，如图3所示。

2.2物理气相沉积

物理气相沉积不需要经历氧化还原过程，只是经过蒸发沉积等物理过程，这是与化学气相沉积法最大的区别。物理气相沉积法适合于升华温度较低的过渡金属硫化物、金属等材料。按照不同过渡金属硫化物材料升华温度的差异，中国科学院纳米研究所谢黎明课题组将二硫化钼和二硒化钼放置在不同温度之间，同时得到适合升华速率的气体，同样在低温区的绝缘基底上沉积得到单层样品。

3结语

二维材料多方面的优异特性决定了其广阔的应用前景，在制备纳米材料的方法和制作工艺上，研究者也在不断地进行创新和完善，旨在推进二维纳米材料在各个领域中更加广泛的应用。