一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜及其制备方法和应用

1.本发明属于二维纳米薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜及其制备方法与应用。


背景技术：

2.自从2004年英国曼彻斯特大学a.k.geim小组成功地使用透明胶带从石墨表面剥离出超薄石墨烯材料后，二维材料经历了高速发展，六方氮化硼(hbn)、过渡金属硫族属化合物(tmds)、过渡金属碳氮化合物(mxenes)、石墨相氮化碳(g-c3n4)、金属有机骨架化合物(mofs)、金属氧化物、黑磷(bp)、金属单质等二维新型纳米材料的相继出现，不仅丰富了二维材料的种类，也展现出许多异于体相材料的物理化学性能。二维材料因具有超薄的原子层厚度和独特的量子限域效应，在微电子、光子学、能源存储、生物医学和环境科学等领域具有广泛的应用前景。
3.现有的制备二维材料的方法分为自上而下法和自下而上法，自上而下法包括机械剥离法、液相剥离法、离子插层剥离法等，以通过破坏层状材料层与层之间的范德华力实现二维材料的制备；然而由于硫化镉具有典型的非层状晶体结构，表面活性位点较多，自上而下法难以破坏硫化镉层间强的化学键，无法用于制备二维硫化镉薄膜。
4.自下而上法包括湿化学法和化学气相沉积(cvd)法等，通过前驱体之间的化学反应直接合成二维材料。通过自下而上法合成二维非层状材料的横向尺寸往往小于100μm，不利于二维材料的集成化和器件化应用。因此，开发一种能够形成大尺寸的硫化镉薄膜的制备方法，对于硫化镉薄膜的集成化和器件化应用具有重要意义。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的新方法，本发明采用非均相反应，利用气液界面抑制前驱体扩散，促进硫化镉产物的二维生长，并以界面作为模板，诱导硫化镉薄膜的形成，本发明制备硫化镉薄膜的方法由于薄膜的横向尺寸取决于前驱体溶液的表面尺寸，故而本发明制备方法能够适于制备大尺寸硫化镉薄膜；由本发明方法制得的硫化镉多晶薄膜具有非层状的晶体结构，薄膜厚度为纳米级，而薄膜的横向尺寸则可达厘米级甚至更大尺寸，为集成电路和柔性光电器件的大规模应用提供了材料基础。
6.基于上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.第一方面，本发明提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括如下步骤：
8.s1：将镉源溶解于甘油中，配制成镉前驱体溶液；
9.s2：将镉前驱体溶液与气态硫源于气液界面处发生化学反应形成非层状二维硫化镉薄膜。
10.本发明采用将镉源溶解于液相中，硫源处于气相状态参与发生反应，两种反应物
处于不同的相中，镉前驱体溶液与气态硫源进行气液非均相反应，气液相界面有效抑制反应前驱体镉源的扩散，使得镉源与硫源于界面处进行反应并以界面为模板，诱导非层状硫化镉沿气液界面生长，形成超薄的二维结构，薄膜厚度为纳米级，为10～50nm，厚度均匀，薄膜的横向尺寸则可达厘米级甚至更大尺寸，在前驱体充足的情况下，液相面积有多大，理论上薄膜就会长成多大，本发明方法为超大尺寸二维硫化镉薄膜的制备提供可能。
11.优选地，在步骤s1中，镉前驱体溶液中还添加有粘度调节剂以调整镉前驱体溶液的粘度，镉前驱体溶液于40℃～120℃下的粘度范围为11～8.9
×
104mpa
·
s。
12.本发明通过加入粘度调节剂，调整镉前驱体溶液的粘度，经试验发现，镉前驱体溶液的粘度对薄膜形态有很大的影响，当粘度较低时，气液界面处的硫化镉的扩散速率大于硫化镉的合成速率，薄膜生长不充分，造成孔洞的出现。当液相硫化镉前驱体溶液于40℃～120℃下的粘度在11～8.9
×
104mpa.s时，气液界面处的硫化镉的扩散速率进一步减缓，此时反应合成硫化镉的速率大于其扩散速率，薄膜生长更加完整，气液界面处会有完整的硫化镉薄膜出现。
13.优选地，镉前驱体溶液中镉源的浓度为1～10mg/ml。
14.经试验发现，镉前驱体溶液中镉源的浓度过低时不利形成完整的硫化镉薄膜。当镉前驱体溶液中镉源的浓度过高时，则薄膜表面会生成多余的颗粒。当镉前驱体溶液中镉源的浓度处于1～10mg/ml时，均可形成完整均匀的硫化镉薄膜。
15.优选地，在步骤s2中，镉前驱体溶液与气态硫源的反应温度为40～120℃。
16.经试验发现，镉前驱体溶液与气态硫源的反应温度对薄膜形貌影响较大，反应温度在40℃到120℃之间会有完整的硫化镉薄膜生成。反应温度较低时，反应速率较慢，薄膜生长不充分。反应温度过高时，前驱体的扩散速率加快，导致产生聚集的颗粒状产物。
17.优选地，镉源为氯化镉或醋酸镉；硫源为硫脲、硫代乙酰胺或硫代甲酰胺。
18.优选地，粘度调节剂为可溶性淀粉，镉前驱体溶液中可溶性淀粉的添加量为0～0.3g/ml。
19.本发明以可溶性淀粉作为粘度调节剂，通过控制可溶性淀粉的加入量，调控镉前驱体溶液的粘度，镉前驱体溶液的粘度对薄膜形态有很大的影响，当粘度较低时，气液界面处的硫化镉的扩散速率大于硫化镉的合成速率，薄膜生长不充分，造成孔洞的出现；镉前驱体溶液的粘度还与硫化镉薄膜的厚度相关，可以通过调整镉前驱体溶液的粘度控制硫化镉薄膜的厚度。
20.优选地，镉前驱体溶液与气态硫源的反应气氛为惰性气氛，惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛。
21.本发明采用于反应过程中通入惰性气体如氮气或氩气，一方面有效隔离氧气，避免反应物如镉源、硫源的氧化，另一方面通入的惰性气体作为气相硫源的载体，将硫源输送至气液界面发生化学反应合成硫化镉。
22.第二方面，本发明提供一种由上述方法制得的大尺寸非层状二维硫化镉薄膜。
23.优选地，由本发明方法制得的硫化镉薄膜具有三维同向的化学键，表现出典型的非层状晶体结构，薄膜厚度为10～50nm，且厚度分布均匀，薄膜的横向尺寸取决于界面尺寸，可达厘米级甚至更大尺寸。
24.第三方面，本发明提供上述大尺寸非层状二维硫化镉薄膜在集成电路和柔性光电
器件中的应用。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
26.(1)硫化镉具有典型的非层状晶体结构，表面活性位点较多，本发明采用镉前驱体溶液与气态硫源进行气液非均相反应，气液界面有效抑制反应前驱体镉源的扩散，诱导非层状硫化镉沿气液界面生长，形成超薄的二维结构，制备硫化镉薄膜的工艺简单可控，可批量化生产。
27.(2)由本发明制备方法制得的硫化镉薄膜在三个维度上都是以共价键相连，表现出典型的非层状晶体结构，薄膜厚度为纳米级，厚度分布均匀，而且薄膜的横向尺寸取决于界面尺寸，可达厘米级甚至更大尺寸，为集成电路和柔性光电器件的大规模应用提供了材料基础。
附图说明
28.图1为实施例1制备的硫化镉薄膜的tem图和元素分布图谱；
29.图2为实施例1制备的硫化镉薄膜的明场图；
30.图3为实施例1制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图和sem图；
31.图4为硫化镉的晶体结构图；
32.图5为实施例2制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
33.图6为实施例3制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
34.图7为实施例1～3制备的硫化镉薄膜的afm图；
35.图8为实施例4制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
36.图9为实施例5制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
37.图10为实施例6制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
38.图11为实施例7制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
39.图12为实施例8制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
40.图13为实施例9制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
41.图14为实施例10制备的硫化镉薄膜的超景深显微镜图；
42.图15为对比例1所得产物的超景深显微镜图；
43.图16为对比例2所得产物的超景深显微镜图；
44.图17为对比例3所得产物的超景深显微镜图；
45.图18为对比例4硫化镉均相反应机理图以及硫化镉颗粒的sem图。
具体实施方式
46.为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
47.实施例1
48.本实施例提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括如下步骤：
49.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃，以确
保硫脲在该温度下气化。
50.在10ml甘油里依次加入50mg氯化镉和3g可溶性淀粉，作为镉前驱体溶液。取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上，并放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为80℃，此温度亦为镉前驱体溶液与气态硫脲的反应温度，该温度下镉前驱体溶液的粘度为8.9
×
104mpa.s。
51.向管式炉中通入氮气，以排除炉内氧气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。
52.用硅片或其他任意基底在镉前驱体溶液表面轻轻的沾贴，将制备的硫化镉薄膜转移到基底上，再接着把转移到基底上的硫化镉薄膜样品依次放入盛有热甘油和dmf的培养皿里，以除去残留的可溶性淀粉和甘油，得到纯净的硫化镉薄膜。
53.将本实施例制得的硫化镉薄膜样品进行透射电子显微镜分析，所得结果如图1所示，从图中可知，薄膜样品中镉元素和硫元素均匀分布，证实所制备的薄膜为硫化镉薄膜。
54.薄膜样品的明场照片如图2所示，显示所制备的硫化镉薄膜其横向尺寸达到了厘米级。
55.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜进行表征，如图3所示，从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征。
56.硫化镉的晶体结构如图4所示，显示出硫化镉在三个维度上都是以共价键相连，表现出典型的非层状晶体结构。
57.实施例2
58.本实施例提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括以下步骤：
59.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
60.在10ml甘油里依次加入50mg氯化镉和2g可溶性淀粉，作为镉前驱体溶液。取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为80℃，该温度下镉前驱体溶液的粘度为4.6
×
104mpa.s。
61.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。
62.采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
63.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜样品进行表征，如图5所示，从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
64.实施例3
65.本实施例提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括以下步骤：
66.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
67.在10ml甘油里加入50mg氯化镉和1g可溶性淀粉，作为镉前驱体溶液。取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为80℃，该温度下镉前驱体溶液的粘度为5
×
103mpa.s。
68.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯
净的硫化镉薄膜。
69.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜样品进行表征，如图6所示，从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
70.实施例1～3的区别仅在于镉前驱体溶液的粘度不同，采用原子力显微镜对实施例1～3制备的硫化镉薄膜厚度进行分析，结果如图7所示，实施例1制备的硫化镉薄膜厚度为10.7nm～11.3nm(图7a)；实施例2制备的硫化镉薄膜厚度为32.3～33.1nm(图7b)；实施例3制备的硫化镉薄膜厚度为47.9～49.8nm(图7c)，由图7的检测结果可知，随着体系粘度的增加，薄膜厚度由49.6nm左右降至10.9nm左右，表明可以通过调控体系粘度控制硫化镉薄膜的厚度。
71.实施例4
72.本实施例提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括以下步骤：
73.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
74.在10ml甘油里加入50mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为40℃，该温度下镉前驱体溶液的粘度为259mpa.s。
75.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
76.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜样品进行表征，如图8所示，从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征。表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
77.实施例5
78.本实施例提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括以下步骤：
79.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
80.在10ml甘油里加入10mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为60℃，该温度下镉前驱体溶液的粘度为84mpa.s。
81.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
82.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜试样进行表征，如图9所示。从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
83.实施例6
84.本实施例提供一种大尺寸非层状二维cds薄膜的制备方法，包括以下步骤：
85.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
86.在10ml甘油里只加入10mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为40℃，该温度下镉前驱体溶液的粘度为
259mpa.s。
87.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，溶液表面生成一层硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
88.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜试样进行表征，如图10所示。从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征。
89.实施例7
90.本实施例提供一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括以下步骤：
91.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
92.在10ml甘油里加入10mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为120℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为11mpa.s。
93.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
94.采用超景深显微镜对本实施例所制备的cds进行表征，如图11所示。从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
95.实施例8
96.本实施例提供一种大尺寸非层状二维cds薄膜的制备方法，包括以下步骤：
97.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
98.在10ml甘油里加入50mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为80℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为35mpa.s。
99.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜，采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
100.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜试样进行表征，如图12所示。从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
101.实施例9
102.本实施例提供一种大尺寸非层状二维cds薄膜的制备方法，包括以下步骤：
103.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
104.在10ml甘油里加入100mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为60℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为84mpa.s。
105.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成一层硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯
净的硫化镉薄膜。
106.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜试样进行表征，如图13所示。从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
107.实施例10
108.本实施例一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，包括以下步骤：
109.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为200℃。
110.在10ml甘油里加入100mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为60℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为84mpa.s。
111.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，溶液表面生成硫化镉薄膜。采用实施例1所述方法对制得的硫化镉薄膜转移至基底上并进行清洗，得到纯净的硫化镉薄膜。
112.采用超景深显微镜对本实施例所制备的硫化镉薄膜试样进行表征，如图14所示。从图中可知，所制备的硫化镉薄膜在微米尺度下结构连续，衬度一致，具有大尺寸二维特征，表明本实施例制备方法成功地制得了非层状二维硫化镉薄膜。
113.对比例1
114.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
115.取50mg氯化镉溶解到10ml去离子水里，作为镉前驱体溶液，取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为80℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为0.64mpa.s。
116.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，镉前驱体溶液表面生成固态聚集体。
117.采用超景深显微镜对本对比例的固态聚集体进行表征，如图15所示，溶液表面形成散落的微米片，未形成大尺寸硫化镉薄膜。
118.通过实施例1、实施例2、实施例3、实施例7、实施例8和对比例1的实验结果可知，液相镉前驱体溶液的粘度对薄膜形态有很大的影响，当粘度较低时，气液界面处的硫化镉的扩散速率大于硫化镉的合成速率，薄膜生长不充分，造成孔洞的出现。经试验发现，当液相硫化镉前驱体溶液的粘度在11mpa.s～8.9
×
104mpa.s时，气液界面处的硫化镉的扩散速率进一步减缓，此时反应合成硫化镉的速率大于其扩散速率，薄膜生长更加完整，气液界面处会有完整的硫化镉薄膜出现。
119.对比例2
120.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
121.在10ml甘油里加入10mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为30℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为600mpa.s。
122.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，溶液表面生成固态聚集体。
123.采用超景深显微镜对本对比例的固态聚集体进行表征，如图16所示，溶液表面形成散落的微米片，未形成大尺寸cds薄膜。
124.对比例3
125.取100mg硫脲作为硫源，并放置在管式炉中间处，管式炉的温度设置为180℃。
126.在10ml甘油里加入10mg氯化镉，作为镉前驱体溶液，取200μl镉前驱体溶液滴在超净盖玻片上放在管式炉下游处，此处管式炉的温度为140℃。该温度下镉前驱体溶液的粘度为9mpa.s。
127.向管式炉中通入氮气，在氮气氛围中，经过2h反应后，溶液表面生成不连续的颗粒物。
128.采用超景深显微镜对本对比例的样品进行表征，如图17所示，基底表面形成颗粒聚集的样品，未形成大尺寸cds薄膜。
129.通过实施例5、实施例6、实施例7和对比例2、对比例3的实验结果可知，反应温度对薄膜形貌影响较大，反应温度在40℃到120℃之间会有完整的硫化镉薄膜生成。反应温度较低时，反应速率较慢，薄膜生长不充分。反应温度过高时，前驱体的扩散速率加快，导致产生聚集的颗粒状产物。
130.对比例4
131.称取50mg的氯化镉和100mg硫脲，溶解在10g的甘油里，然后把混合好的均相溶液转移到水热釜里，在180℃的烘箱里反应4个小时，得到的产物用dmf进行离心清洗洗涤四次，收集在离心得到的沉淀物质，转移到硅片上进行形貌表征。
132.结果如图18所示，对比例4通过均相反应得到的产物呈现出聚集的颗粒状，这是因为在均相反应体系中，前驱体氯化镉和硫脲可以在三维空间中自由扩散，晶体的生长会沿着表面高能的晶面不断发展，最终形成三维的颗粒状结构，由于晶体颗粒尺寸较小，界面能较高不可避免的堆积在一起，最终的形成了聚集的三维纳米颗粒。该对比例表明气-液界面是形成硫化镉薄膜的关键因素。
133.综上试验结果可知，本发明采用镉前驱体溶液与气态硫源进行气液非均相反应，气液界面有效抑制反应前驱体镉源和硫源的扩散，诱导非层状硫化镉沿气液界面生长，形成超薄的二维结构，镉前驱体溶液的粘度范围为11～8.9
×
104mpa.s，镉前驱体溶液中镉的浓度处于1～10mg/ml以及气液界面反应温度在40～120℃等条件下均可制备得到大尺寸非层状二维硫化镉薄膜。

技术特征：
1.一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将镉源溶解于甘油中，配制成镉前驱体溶液；s2：将镉前驱体溶液与气态硫源于气液界面处发生化学反应形成非层状二维硫化镉薄膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，镉前驱体溶液中还添加有粘度调节剂以调整镉前驱体溶液的粘度，所述镉前驱体溶液于40℃～120℃下的粘度范围为11～8.9
×
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s。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镉前驱体溶液中镉源的浓度为1～10mg/ml。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述镉前驱体溶液与气态硫源的反应温度为40～120℃。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镉源为氯化镉或醋酸镉；所述硫源为硫脲、硫代乙酰胺或硫代甲酰胺。6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述粘度调节剂为可溶性淀粉，所述镉前驱体溶液中可溶性淀粉的添加量为0～0.3g/ml。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镉前驱体溶液与气态硫源的反应气氛为惰性气氛。8.一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜，其特征在于，所述硫化镉薄膜由权利要求1～7任一项所述制备方法制得。9.如权利要求8所述的大尺寸非层状二维硫化镉薄膜，其特征在于，所述硫化镉薄膜为非层状二维结构，所述硫化镉薄膜的厚度为10～50nm，横向尺寸达厘米级。10.权利要求8所述大尺寸非层状二维硫化镉薄膜在集成电路和柔性光电器件中的应用。

技术总结
本发明属于二维纳米薄膜材料制备技术领域，具体涉及一种大尺寸非层状二维硫化镉薄膜及其制备方法与应用，本发明采用将镉源溶解于甘油中配制成镉前驱体溶液；将镉前驱体溶液与气态硫源于气液界面处发生化学反应形成非层状二维硫化镉薄膜，本发明采用非均相反应，利用气液界面抑制前驱体扩散，促进硫化镉产物的二维生长，并以界面作为模板，诱导非层状硫化镉薄膜的形成，由本发明方法制得的硫化镉薄膜具有典型的非层状晶体结构，厚度为纳米级，而薄膜的横向尺寸则可达厘米级甚至更大尺寸，为集成电路和柔性光电器件的大规模应用提供了材料基础。材料基础。材料基础。


技术研发人员：魏丛 袁江博 刘佳晖 李美萱 许群
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/8/14