二硫化钼的表面和界面的研究与应用

来源 :中国科学院大学(中国科学院物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhoubin_
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二硫化钼作为过渡金属硫属化物是一种重要的二维材料,单层二硫化钼不仅是直接带隙半导体,同时也拥有优异的机械性能和化学稳定性,在微电子学等领域具有广阔的应用前景。单层二硫化钼的厚度仅为0.65 nm,其性质对表面和界面非常敏感,因此针对二硫化钼的应用研究离不开对其表面和界面特性的探索。二硫化钼表面的缺陷在很大程度上影响着二硫化钼的性能。目前二硫化钼中的缺陷可以通过电子显微镜或光学手段等进行探测,但这些探测缺陷的方法也存在着各自的不足:电子显微镜虽然可以得到缺陷的原子结构信息但因其观测范围过小而不适合对大面积的二硫化钼样品进行表征;光学探测手段则只能得到有关缺陷的定性信息。快速和准确地探测二硫化钼中的缺陷对理解和调控其性能具有重要的意义。二硫化钼的层与层之间的界面以及二硫化钼和衬底之间的界面可以作为纳米级通道进行液体或离子等的插层,界面中的液体和离子可以调控二硫化钼的性能。同时,这些界面还可以构建以二硫化钼做内壁的纳米以及微米级通道,这对研究液体或离子在二硫化钼表面的传输行为以及推动二硫化钼在微流和纳流领域的应用具有积极的意义。本论文的内容围绕二硫化钼的表面和界面进行展开,主要包含以下两个部分:1.通过缺陷放大的方法直观定量快速检测二硫化钼表面的缺陷。我们选用次氯酸钙溶液对二硫化钼进行刻蚀,二硫化钼中的点缺陷因具有较高的化学反应活性成为刻蚀的起始点。被次氯酸钙溶液刻蚀后的二硫化钼在原有的缺陷所在的位置处出现了因刻蚀效应形成的三角形凹坑,这些凹坑通过普通的光学显微镜就可以观测到。通过对这些凹坑的观测我们可以获得二硫化钼中的缺陷密度以及缺陷分布信息。结合刻蚀前后二硫化钼的荧光和拉曼光谱以及通过扫描透射电子显微镜获得的二硫化钼的原子结构信息可以证实次氯酸钙溶液只刻蚀二硫化钼中的本征缺陷而不会在二硫化钼中引入新的缺陷。这种湿法刻蚀对二硫化钼中缺陷的表征方法不仅操作简单而且能够给出二硫化钼中缺陷的定量信息,可用于对大面积的二硫化钼样品进行快速表征。2.通过控制二硫化钼中的应力调控二硫化钼和衬底之间的界面并以此制备微流和纳流通道。我们通过在二硫化钼表面沉积存在压应力薄膜的方式为二硫化钼的形变提供应力。在二硫化钼的应变区域和蓝宝石衬底之间的界面处可产生微流和纳流通道。产生的通道的大小和方向可以通过控制施加给二硫化钼的应力来调控。在制备通道的同时,我们还对水在二硫化钼和衬底之间界面的传输行为进行了研究,发现水可以在二硫化钼和衬底的界面之间快速传播,其传播的速度可达2.5 mm/s。
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