本發(fā)明屬于二維材料，涉及一種轉(zhuǎn)角二維材料的制備方法，具體涉及一種轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)的制備方法。

背景技術(shù)：

1、利用層間范德華力將不同的二維材料有序堆疊制備二維材料同質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)在二維材料領(lǐng)域具有重要的研究意義。二維材料范德華異質(zhì)結(jié)或同質(zhì)結(jié)材料在新型光電子器件、催化、能源等多個(gè)領(lǐng)域有非常重要且廣泛的應(yīng)用。近年的研究發(fā)現(xiàn)，通過改變異質(zhì)結(jié)中相鄰二維材料之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，能夠獲得一系列新奇的物理性質(zhì)，例如非常規(guī)的超導(dǎo)特性、摩爾激子、隧穿電導(dǎo)等。旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)控給二維材料異質(zhì)結(jié)或同質(zhì)結(jié)提供了一種新的調(diào)控方式，對(duì)拓展二維材料在微納光電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用具有重要意義。

2、目前，常見的轉(zhuǎn)角二維材料的制備方法主要包括化學(xué)氣相沉積和機(jī)械剝離與拾取轉(zhuǎn)移兩種方法?；瘜W(xué)氣相沉積法(例如，參見引用文獻(xiàn)1、引用文獻(xiàn)2)需要使用復(fù)雜的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，對(duì)生長(zhǎng)過程中的溫度、氣壓、前驅(qū)體等多個(gè)參數(shù)等進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，因此化學(xué)氣相沉積法制備轉(zhuǎn)角二維材料存在流程復(fù)雜且產(chǎn)率低、產(chǎn)品缺陷多、可控性較差等問題。而機(jī)械剝離與拾取轉(zhuǎn)移(例如，參見引用文獻(xiàn)3、引用文獻(xiàn)4)是目前制備轉(zhuǎn)角二維材料最常用的方法，該方法使用的二維材料是從晶體中剝離下來的，結(jié)構(gòu)更加完整，性質(zhì)更加優(yōu)良，但是該方法依然存在產(chǎn)率低、材料尺寸小、拾取困難、制備過程復(fù)雜等問題。因此，發(fā)展一種簡(jiǎn)單、可控性好的轉(zhuǎn)角二維材料制備方法具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

3、引用文獻(xiàn)：

4、引用文獻(xiàn)1：cn113186595a

5、引用文獻(xiàn)2：cn113666418a

6、引用文獻(xiàn)3：cr?dean,af?young,i?meric,et?al.boron?nitride?substrates?forhigh-quality?graphene?electronics[j].nature?nanotechnology,2010,5:722-726.

7、引用文獻(xiàn)4：l?wang,i?meric,py?huang,et?al.one-dimensional?electricalcontact?to?atwo-dimensional?material[j].science,2013,342:614-617.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明要解決的問題

2、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)角二維材料的制備方法，以解決目前的機(jī)械剝離與拾取轉(zhuǎn)移法存在的產(chǎn)率低、材料尺寸小、拾取困難、制備過程復(fù)雜、易產(chǎn)生雜質(zhì)污染等問題。

3、用于解決問題的方案

4、已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過如下技術(shù)方案的實(shí)施，能夠解決上述技術(shù)問題：

5、[1].一種轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)的制備方法，其包括以下步驟：

6、1)硅襯底的預(yù)處理：將含有親水性聚合物的溶液涂覆在硅襯底表面，以形成親水性聚合物薄膜層；

7、2)襯底樣品的制備：將二維材料經(jīng)機(jī)械剝離至所述硅襯底的親水性聚合物薄膜層上，以形成具有二維材料薄片的襯底樣品，所述二維材料包括第一二維材料和第二二維材料以分別形成具有第一二維材料的襯底樣品1和具有第二二維材料的襯底樣品2，所述第一二維材料和所述第二二維材料至少在化學(xué)成分上不同；

8、3)第一次拾取轉(zhuǎn)移的步驟：將第一二維材料薄片從襯底樣品1拾取轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移介質(zhì)上，以在所述轉(zhuǎn)移介質(zhì)上形成第一二維材料層；

9、4)第二次拾取轉(zhuǎn)移的步驟：使用形成了所述第一二維材料層的轉(zhuǎn)移介質(zhì)、并利用不同二維材料之間的相互作用力將第二二維材料薄片從襯底樣品2拾取轉(zhuǎn)移至所述轉(zhuǎn)移介質(zhì)的第一二維材料層上，以形成第二二維材料層，并且所述第二二維材料層和所述第一二維材料層的接觸面積小于所述第二二維材料層總面積；

10、5)分割轉(zhuǎn)移的步驟：將所述轉(zhuǎn)移介質(zhì)上的第二二維材料層中未與所述第一二維材料層相接觸的部分經(jīng)分割轉(zhuǎn)移至另外的具有第一二維材料薄片的襯底樣品3上，從而形成保留在所述轉(zhuǎn)移介質(zhì)上的第二二維材料層a和在襯底樣品3上的第二二維材料層b；

11、6)轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)形成的步驟：將所述第二二維材料層a和所述第二二維材料層b以一定的角度進(jìn)行貼合，以形成具有四層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)；

12、其中，所述第一二維材料和所述第二二維材料之間的相互作用力強(qiáng)于二維材料和非二維材料之間的相互作用力，所述非二維材料包括親水性聚合物薄膜層或轉(zhuǎn)移介質(zhì)；

13、步驟3)～步驟6)均在轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中進(jìn)行。

14、[2].根據(jù)[1]所述的制備方法，其中，步驟1)中，

15、所述親水性聚合物為具有多羥基基團(tuán)的聚合物；

16、所述含有親水性聚合物的溶液中的親水性聚合物含量為2～4wt％。

17、[3].根據(jù)[1]或[2]所述的制備方法，其中，步驟2)中，

18、所述第一二維材料為氮化硼；

19、所述第二二維材料為石墨烯、黑磷、過渡金屬硫族化合物、過渡金屬碳化物、過渡金屬氮化物和過渡金屬氧化物中的任意一種。

20、[4].根據(jù)[1]-[3]任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，步驟3)中，

21、所述轉(zhuǎn)移介質(zhì)為聚合物材料，優(yōu)選可以為pdms/ppc復(fù)合薄膜或pdms/pc復(fù)合薄膜；

22、所述轉(zhuǎn)移介質(zhì)的形狀實(shí)質(zhì)上為半球形。

23、[5].根據(jù)[1]-[4]任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，步驟4)中，

24、所述第二二維材料層和所述第一二維材料層的接觸面積占所述第二二維材料層總面積的20～60％。

25、[6].根據(jù)[1]-[5]任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，步驟5)中，

26、所述第二二維材料層a和所述第二二維材料層b的面積相同或者不同；

27、所述第二二維材料層a和所述第二二維材料層b的面積之和等于所述第二二維材料層的面積。

28、[7].根據(jù)[1]-[6]任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，

29、所述第一次拾取轉(zhuǎn)移的步驟、所述第二次拾取轉(zhuǎn)移的步驟和所述轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)形成的步驟中均有水參與。

30、[8].根據(jù)[1]-[7]任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，

31、所述第一次拾取轉(zhuǎn)移的步驟、所述第二次拾取轉(zhuǎn)移的步驟和所述轉(zhuǎn)角異質(zhì)結(jié)形成的步驟之后還包括洗滌、干燥的步驟中的一種或多種。

32、[9].根據(jù)[8]所述的制備方法，其中，

33、所述洗滌為利用洗滌液進(jìn)行洗滌；所述洗滌液為水；和/或，

34、所述干燥為利用干燥氣體進(jìn)行干燥；所述干燥氣體為干空氣或干氮?dú)狻?/p>

35、[10].根據(jù)[1]-[9]任一項(xiàng)所述的制備方法，其中，

36、所述轉(zhuǎn)移系統(tǒng)包括襯底載物臺(tái)、轉(zhuǎn)移支架、光學(xué)顯微鏡和水供給部件；其中，所述襯底載物臺(tái)連接加熱系統(tǒng)且由真空卡盤輔助固定襯底樣品，所述轉(zhuǎn)移支架用于夾住粘有轉(zhuǎn)移介質(zhì)的載玻片。

37、發(fā)明的效果

38、通過上述技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明的有益效果為：

39、與傳統(tǒng)的機(jī)械剝離方法相比，本發(fā)明提供的制備方法，在制備二維材料薄片時(shí)，在硅襯底上涂覆親水性聚合物薄膜作為輔助層，利用親水性聚合物層表面平整、粘性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在有親水性聚合物薄膜層的硅襯底上剝離出大面積的二維材料，剝離效率高，且剝離過程干凈，對(duì)二維材料無損傷。

40、與傳統(tǒng)的拾取轉(zhuǎn)移方法相比，本發(fā)明提供的制備方法，在制備范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)，基于范德瓦爾斯力拾取的轉(zhuǎn)移方法(例如基于pdms/pc或pdms/ppc的轉(zhuǎn)移方法)，并通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移介質(zhì)的形狀和大小，使得中間二維材料或活性界面在整個(gè)轉(zhuǎn)移過程中不會(huì)接觸任何聚合物，從而大大減少了異質(zhì)界面的污染，實(shí)現(xiàn)了高效快捷、無聚合物殘留、界面無氣泡的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備。

41、本發(fā)明提供的制備方法具有流程簡(jiǎn)潔、能耗低、環(huán)境友好、穩(wěn)定性好、可控性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角二維材料的快速、大量制備，同時(shí)克服了傳統(tǒng)機(jī)械剝離法存在的產(chǎn)率低、面積小、拾取困難等問題以及化學(xué)氣相沉積法存在的流程復(fù)雜、產(chǎn)品缺陷多、可控性差等問題。