范德华外延生长硫化镉二维纳米片及其光致发光性能研究

发布时间：2019-10-08 05:29

【摘要】：二维纳米材料具有独特的结构和优异的性能,在电子学及光电子学领域有广泛的应用前景,但关于硫化镉二维纳米材料的制备及性能研究还鲜有报道。本文首次采用范德华外延生长技术,在氟金云母片衬底上制备了硫化镉二维纳米片。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线粉末衍射仪和拉曼光谱仪等分析手段对产物的形貌、厚度、晶体结构、成分等进行了系统的研究。结果表明,纳米片具有六方纤锌矿晶体结构,尺寸约为几个微米,厚度约为几十纳米。范德华外延生长技术在硫化镉二维单晶纳米片制备上的成功应用,为其它二维非层状材料的制备提供了新的思路,并使其在高性能电子和光电子器件上的应用成为了可能。
【图文】：

示意图,硫化镉,纳米,二维

第３期朱丹丹等：范德华外延生长硫化镉二维纳米片及其光致发光性能研究２７５图１合成硫化镉二维纳米片的示意图Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｆｏｒｓｙｎｔｈｅｓｉｚｉｎｇｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＣｄＳｎａｎｏｐｌａｔｅｓ２结果与讨论一些常见的二维层状材料，如石墨烯、氮化硼、云母片等经常被用作范德华外延生长的衬底，本实验选择氟金云母片作为衬底来进行硫化镉二维纳米结构的制备。氟金云母片具有准六方的层状晶体结构，易于沿着（００１）表面进行剥离，新剥离出的表面具有原子级平滑度且呈现化学惰性，这些优势使材料的二维生长成为可能。首先，我们利用ＳＥＭ对产物的形貌进行了表征，，如图２所示，其中图２ａ和２ｂ分别为衬底上较高温区和较低温区获得的硫化镉纳米片的ＳＥＭ图片。我们可以看到较高温区所获得的纳米片以六边形居多，而低温区的纳米片以截角三角形和正三角形为主，根据文献报道这是由不同温区原材料的过饱和度不同而引起的，在其他二维材料的制备中这种现象也经常出现［２３，２４］。相近位置处纳米片的图２生长在（ａ）高温区和（ｂ）低温区硫化镉纳米片的ＳＥＭ照片；（ｃ）～（ｅ）分别为六边形、截角三角形和三角形硫化镉纳米片的ＳＥＭ放大照片（ａ）－（ｂ）ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＣｄＳｎａｎｏｐｌａｔｅｓｇｒｏｗｎｏｎｔｈｅｍｉｃａｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；（ｃ）－（ｅ）ｍａｇｎｉｆｉｅｄＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｈｅｘａｇｏｎａｌ，ｔｒｕｎｃａｔｅｄｔｒｉａｎｇｕｌａｒａｎｄｔｒｉａｎｇｕｌａ

形貌,硫化镉,纳米,图片

科学与光化学第３４卷尺寸具有良好的均匀性，边长约为几个微米。值得注意的是，这些二维纳米片与衬底的堆垛角相同，即纳米片均具有相同的取向，这是范德华外延生长的一个重要标志［１０］。图２ｃ～２ｅ分别为具有六边形、截角三角形以及三角形形状的单个硫化镉纳米片的ＳＥＭ放大图片，这些纳米片边缘笔直，且其表面具有均匀的衬度，表明了这些纳米片具有光滑且平整的表面。为精确表征纳米片的形貌，我们采用ＡＦＭ对硫化镉纳米片的表面结构和厚度进行了分析，如图３所示。其中图３ａ为硫化镉二维纳米片的低倍ＡＦＭ图片，发现这些纳米片表面具有均匀的衬度，说明它们具有光滑而平整的表面，且厚度相近。多次的实验结果证明，通过调控不同的实验参数我们可以获得具有不同厚度的硫化镉纳米片。另外，与图２ａ、２ｂ中的特征相似，这些纳米片的取向保持一致，再一次证明这些硫化镉二维纳米片与氟金云母片具有良好的外延生长关系。图３ｂ为单个硫化镉纳米片的ＡＦＭ图片，我们可以看到此纳米片呈现规则的六边形形状，表面平整且厚度约为８１ｎｍ。为了探究所制备硫化镉纳米片的晶体结构，图３（ａ）硫化镉纳米片的低倍ＡＦＭ图片；（ｂ）单个硫化镉纳米片ＡＦＭ图片（ａ）ＡＦＭｉｍａｇｅｏｆＣｄＳｎａｎｏｐｌａｔｅｓ；（ｂ）ｍａｇｎｉｆｉｅｄＡＦＭｉｍａｇｅａｎｄｈｅｉｇｈｔｐｒｏｆｉｌｅｏｆａｓｉｎｇｌｅｈｅｘａｇｏｎａｌＣｄＳｎａｎｏｐｌａｔｅ，ｓｈｏｗｉｎｇａｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ８１ｎｍ我们利用ＸＲＤ对其进行了表征，结果如图４所示。为了更清楚地显示所形成的硫化镉纳米片的特征
【作者单位】：中国科学院理化技术研究所光化学与光功能材料重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展规划973项目(2012CB932401) 中国科学院战略性先导科技专项(XDA09040203)资助
【分类号】：TB383.1;O614.242

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