北师大刘楠教授课题组《ACS AMI?矌使二l材料生压~折叠ƈ可控地拓展电(sh)子带?/span>
2021-08-24 来源:中国聚合物网 点击?/span>
关键词：二维材料
q期Q?strong>北京师范大学刘楠教授团队在制?D材料拓扑l构及扩展其?sh)子能?/strong>斚w取得新进展，以单?span style="font-family:宋体;background:#FFFFFF;">MOS2ZQ探索了矌在{U?D材料的热压羃折叠效应及进一步诱导其?sh)子带隙扩展的应变工E效应。这UPCF{略不仅实现?D材料的自l装Q还可控地扩展它们的?sh)子带隙Q更为折叠结构的2D材料在光?sh)子领域的应用开辟了新的道\。相x果以标题为?span style="color:#007AAA;">Paraf?n-enabled Compressive Folding of Two-dimensional Materials with Controllable Broadening of Electronic Bandgap”发表在ACS Applied Materials & InterfacesQDOI: 10.1021/acsami.1c11269Q。北京师范大学化学学院博士研I生张巍?/strong>文第一作者。此研究得到国家自然U学基金{资助支持?
? 矌辅助MoS2压羃折叠PCF{略?/strong>Q?/span>aQbQ制备多层折叠MoS2的工艺示意图Q（cQ石?MoS2薄膜照片Q（dQeQ石?MoS2薄膜?d)加热?e)冷却后的光学昑־镜图像；Q?/span>fQ在SiO2/Si衬底上折叠三层MoS2的光学显微镜囑փQ（gQf中正方Ş区域的AFM囑փQ（hQf中沿虚线的高度轮廓线。比例尺Q? μm
通过?/span>MoS2Z来说?/span>PCFq程Q首先，液体石蜡（> 80 ?CQ旋涂在CVDҎ(gu)生长在SiO2/Si衬底的MoS2上，Z使石蜡整个过E中保持液态ƈ更准地控制矌的厚度，在旋涂过E中保持使用热风枪轻吹石蜡表面，然后?/span>45℃KOH溶液中蚀L底层的SiO2/Si衬底Q释攑և矌/MoS2薄膜Qƈ在去d水中清洗以便完全去除KOHD留。最后，石?MoS2自支撑膜?/span>5?10℃?5℃?0?下冷?4时且{Ud目标基板上，q在相同温度下自然干?/span>Q图1Q?/span>。在光学昑־镜下Q石?/span>/MoS2膜在冷却前表面光滑，没有折叠Q在冷冻Ӟ׃矌收羃Q?/span>MoS2会被拉vQ整个矌/MoS2膜发生折叠。由于石蜡在正己烷中h极佳的溶解性，因此PCF折叠后的MoS2表面非常q净。原子力昑־镜的表征l果昄出折叠三?/span>MoS2的高度可辑ֈ4 nmQ表明折叠后层间耦合非常弱。此外，PCF折叠后的MoS2能被转移C同基底且该方法适用于不同的2D材料?/span>
? 矌在压~折叠中的独Ҏ(gu)?/strong>(aQ?/span>b) SEBS/MoS2?cQ?/span>d) PMMA/MoS2薄膜的照片和光学昑־镜图像；Q?/span>eQPMMA-和（fQPVA -PVP辅助转移MoS2在SiO2/Si衬底上的光学昑־镜图像；Q?/span>gQhQPCF{略下不同石蜡膜厚度Q?/span>gQ和温差Q?/span>hQ下MoS2膜各层数(i?概率分布的统计直方图Q（iQjQ在40℃的温差下，形成未折叠单层MoS2和折叠双层MoS2的SAED照片Q（kQ在PCFq程中压~应变随温度的变化关pR?/span>
Z昄矌?/span>PCF{略中的独特性，即低熔点?45?C)和较大的热膨胀pL (7.6 × 10-4/?C)QSEBSQPMMA及PVA - PVP{高分子辅助转移MoS2的实验在相同的条件下被执?/span>Q图2Q?/span>Q结果表明上q高分子辅助转移q程相比PCFq程无法获得高质量的折叠MoS2。统计直方图l果昄了在600 ?m的石蜡厚度和40 ?C的扰动温差时单层MoS2的折叠率能达?/span>92%。通过控制扰动温度差及比较选区?sh)子衍射Q?/span>SAEDQ对未折叠单层和折叠双层MoS2晶格pL的表征结果，可控的压~应变在PCFq程?/span>能被实现Q且压羃应变随着扰动温差的增加呈现出单调递增的趋ѝ?/span>
? PCF{略下折叠结构的光谱研究?/strong>Q?/span>aQbQ在ΔT = 40 ℃，折叠双层、未折叠单层和本征双层MoS2的（aQ拉曼光谱和Q?/span>bQ?PL光谱Q（cQ折叠MoS2的AȀ子峰强度的PL映射Q（dQ未折叠单层、（eQ本征双层和Q?/span>fQ折叠双层MoS2的温度依赖反对比光谱；Q?/span>gQ未折叠单层、本征双层和折叠双层MoS2的AȀ子峰能量随温度的变化关系Q（hQPCFq程中石?MoS2薄膜冷却时折叠MoS2的压应力C意图?/span>
? 带隙随应变的依赖性变化?/span>Q?/span>aQ拉曼光׃ A1g和E12g峰及Q?/span>bQPL光谱中AȀ子峰的蓝UM压羃应变的函数关p；Q?/span>cQ能带结构图Q（dQK点能带隙的计|Q?/span>eQ??%?.4%?.8%?.2%?.25%?.3%的双轴压~应变下Q单层MoS2的VBM和CBM与K点相比真I水qx的位|?br />
通过拉曼光谱Q?/span>PL光谱及反对比光谱对未折叠单层，本征双层及折叠双层MoS2q行表征Q结果表明折叠双?/span>MoS2?/span>A1gQ?/span>E12g峰及AȀ子峰均发生明昄蓝移。从90 K?00 K的温度范围内Q折叠双层MoS2?/span>AȀ子峰C蓝移率明昑֤于未折叠单层和本征双层MoS2的峰位蓝UȝQ进一步证明了PCFq程中存在着明显的压~应变。此外，折叠双层MoS2?/span>A1g?/span>E12gC差值接q于单层的峰位差|且折叠双?/span>MoS2?/span>PL光谱AȀ子峰的强度是未折叠单层的6倍，表现Z很高的荧光释放效率，q些l果也进一步证明了折叠双层MoS2层间耦合很弱Q完全处于解耦状?/span>Q图3Q?/span>。在40?C的扰动温差时QA1g峰的最大蓝UL1.2cm-1QE12g峰的最大蓝UL2.3 cm-1QAȀ子峰的最大蓝UL65 meV。从25?C?0 ?C扰动温差范围内，0.1%?.35%的压~应变能被获得，与密度泛函理?/span>Q?/span>DFTQ?/span>的计结果一?/span>Q图4Q?/span>?/span>
? PCF{略下折叠MoS2的光?sh)应用?/span>Q?/span>aQPCF{略下折叠MoS2的FET和光探测器；Q?/span>bQ未折叠和折叠MoS2的{换特性；Q?/span>cQ折叠MoS2的输出特性；Q?/span>dQeQ未折叠单层、本征双层和折叠双层MoS2Q?/span>dQ电(sh)子迁UȝmQ蝲子密度 n 和（eQ开x及开甉|Q（fQ解释PCF{略后电(sh)性能能增强的C意图；Q?/span>gQhQ在532 nm光照和功率密度ؓ0 5 mW/cm2ӞQ?/span>gQ未折叠单层和（hQ折叠双层MoS2的传输特性；Q?/span>iQ在Vds = 1 V和Vgs = 0 VӞ未折叠单层和折叠双层MoS2的光响应随功率密度的变化关系?/span>
通过?sh)学性能试Q折叠双层，本征双层和未折叠单层MoS2的{ULU显CZ典型?/span>n型行为，输出曲线在低?sh)压偏压下显CZƧ姆接触?0个场效应晶体在 Vds = 1 V ?Vgs = 30 V条g下的试l计l果昄Q折叠双层，本征双层和未折叠单层MoS2的电(sh)子迁Uȝ分别?/span>32.4 ? 4.7 cm2/(Vs), 24.3 ? 4.1 cm2/(Vs) ?16.5 ? 2.2 cm2/(Vs)Q?span>载流子密度分别是(3.2 ? 0.4) × 1012cm-2, (2.7 ? 0.4) × 1012cm-2 ?/span> (2.4 ? 0.2) × 1012cm-2。折叠双?/span>MoS2昄了较高的?sh)子q移率，载流子密度及开xQ它是由?/span> PCFq程中的压羃应变诱导产生的宽带隙Q弱层间耦合及导带谷中增加的?sh)子数量引v的。在532 nm光照下，折叠双层和未折叠单层的MoS2均表现出U极的光响应Q漏极电(sh)随着光功率强度的增加而增加。折叠双?/span>MoS2的光响应׃增强的光吸收几乎是未折叠单层?/span>20?/span>Q图5Q?/span>。MQ采?/span>PCF{略制备的多层折叠MoS2可以获得更好的光甉|能Q如q两倍高的迁UȝQ?/span>1.3倍的?sh)子密度?0倍的光响应性?/span>
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