碳化硅外延法:碳化硅外延生长法是在真空条件下,将碳化硅加热到预先设定的温度使硅原子蒸发后碳原子重构形成石墨烯[12]。因为用这种方法来制备石墨烯的衬底碳化硅是半绝缘的,所以制备出石墨烯后不需要进行样品迁移、衬底腐蚀等繁复的步骤,可以直接对其进行表征,从而削弱了在转移过程中可能引入的杂质和缺陷的影响。所以在碳化硅衬底上外延生长石墨烯是实现石墨烯在微电子应用方面最有用的方法之一。它能够得到高质量的石墨烯,可是这种制备石墨烯的方法对设备的要求略高。
CVD法:CVD是一种可控制备石墨烯的方法,此法是将衬底(如金属单晶、金属薄膜等)置于前驱体(如氢气、氩气等)的气体中,通过高温加热然后退火使碳原子沉积在衬底表面形成石墨烯,然后采用化学试剂去除衬底后就能获得石墨烯片[13]。因为用CVD方法制备石墨烯比较简单,没有过多的复杂步骤,所获得的石墨烯质量很高,可大面积生长,并且容易转移到衬底上使用,因此该方法已渐渐成为制备高品质石墨烯的重要方法[14]。
1。1。2二硫化钼
类石墨烯二硫化钼是一种具有超薄层状结构,直接带隙约1。9eV 的新型二维材料。它属于六方晶系层状结构,由单层或几层的二硫化钼构成,每一层二硫化钼都是由两层硫夹一层钼所组成, 是一种类“三明治”的结构,层内是很强的Mo-S共价键, 层间则以较弱的范德华力结合[15]。具有类石墨烯构造的层状二硫化钼因其特别的光学、力学、电学和催化性质, 受到了极大的关注和普遍的研究。与零带隙的石墨烯对比, 二硫化钼拥有可以调节和控制的带隙, 在光电子领域有巨大的应用潜能。文献综述
下面简单介绍一些目前制备类石墨烯二硫化钼比较常用的几种方法,其中包括以微机械力剥离和锂离子插层为代表的“自上而下”的制备方法,和以化学气相沉积为主的“自下而上”的合成方法。
锂离子插层法: Coleman 等人使用锂电池电化学装备来辅助剥离制备二硫化钼。电池阴极为二硫化钼块体材料,阳极为锂铂,它的作用是提供锂离子,接通电源后就有电流流过,然后锂离子就会不停地从锂铂插入到二硫化钼层间,再在水或乙醇溶液中进行超声处理后剥离出单层的二硫化钼。该方法简便易行而且效率高,但制得的样品尺寸太小又须消耗大量时间,并且锂离子的嵌入会使二硫化钼的晶体结构发生转变, 从而改变所制得的二硫化钼的电学性质[16]。
微机械力剥离法:是迄今为止最简便直接制备二维材料的方法,即用一种特别制作的粘性胶带(Scotch tape),将块体的层状材料剥离到只有几层的厚度乃至单层厚度的方法。其原理是基于胶带的粘性力克服二维层状材料层与层间十分弱的范德瓦耳斯力来实现成功的剥离。在1965年的时候,Frindt等就用一种特制的胶带剥离出几层到几十层厚的二硫化钼[17]。此方法不仅不需要进行繁琐的实验步骤和贵重的实验设备,也不会使产物堆积。并且此法制备出来的二硫化钼样品的缺陷非常少、晶体结构完整,因而具有很好的光电学性质,例如迁移率十分高。但该方法也存在着一些缺点,就是得到的二硫化钼样品产量很低、尺寸太小以及重复性不好等。
CVD法:是采用气体在固体(衬底)表面发生化学反应,然后沉积固体物质的新技术,利用该方法生长出的二维材料面积广、结晶度良好。Shi等人以石墨烯作为衬底,通入氩气,400℃高温煅烧(NH4)2MoS4,然后在石墨烯的表面长出几百纳米至几微米厚的二硫化钼。Liu等人他们也用(NH4)2MoS4来制备二硫化钼, 首先在500℃的氩气和氢气气氛中热分解反应1h, 然后在1000℃的硫化氢和氩气气氛中还原反应30min,就制备出了横向尺寸约为160nm的二硫化钼[18]。CVD法最大的一个缺点就是反应条件太苛刻了, 而且衬底的表面形态和气氛的流速都有可能会影响到产物的质量[19]。