CN107089682A

CN107089682A - 一种液相法制备锑烯的方法

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Publication number: CN107089682A
Application number: CN201710470089.1A
Authority: CN
Inventors: 赵敏; 张华�; 曹海亮; 位兵伟; 郭俊杰
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2037-06-20
Also published as: CN107089682B

Abstract

一种液相法制备锑烯的方法，通过将片状β‑锑与植酸的水溶液混合，依次经超声裂解处理和离心处理后，将产物的上清液中分散大量单层或少层锑烯。本发明可大量生产最低至单层的锑烯，方法成本低，产量高，有利于对锑烯的进一步科学研究及推广应用。

Description

一种液相法制备锑烯的方法

技术领域

本发明涉及新型二维材料的制备，具体为一种液相法制备锑烯的方法。

背景技术

自石墨烯被发现以来，二维材料因独特的维度特性在基础与应用方面均成为前沿研究热点。近年来，该领域的研究从石墨烯开始，向二硫化物及第四族（硅、锗、锡），再向第五族（磷、砷、锑、铋）逐步拓展。原子级厚度二维晶体材料，如石墨烯、硅烯和锗烯等，展现出卓越的性能，被广泛应用于信息和能源器件。然而，这些碳族二维晶体也暴露了严重的弱点即零带隙，严重影响了它们在电子和光电子器件中的应用。此外，硫化物二维晶体带隙小于2.0 eV，而氮化硼（白石墨烯）带隙则高达6.0 eV。显然，二维半导体的带隙、响应光谱波段存在严重缺失，影响了相应器件的发展。2015年初，曾海波教授团队从理论上预测了锑烯并指出它们是带隙适中并易调制成直接带隙的二维半导体，该二维材料的稳定性非常引人注目。一方面，所选取的母体晶体结构是它们最稳定的构型，其层间作用力仅与六方氮化硼接近。另一方面，锑烯中每个原子遵循八电子配位，自我调整形成了高稳定的波浪状二维结构。因此，实验上很可能通过机械剥离、液相剥离、气相生长等制备这类材料。其次，该二维材料展现了具有重要应用前景的电子结构转变。锑的块体是典型的半金属。而第一性原理计算结果显示，当减薄到一个原子厚度后，它们转变成了间接带隙半导体，带隙值为2.28eV，正好对应于蓝光光谱范围。此外，加载微小的双轴应变，就可实现从间接到直接带隙的转变，以及带隙大小的调控。这些电子结构特征表明，锑烯在蓝光探测器、LED、激光器方面具有应用潜力，甚至可用于柔性透明力-电、力-光传感器。

采用类似剥离石墨烯的方法, Pablo Ares教授研究组采用机械剥离法成功获得了纳米厚度的锑烯晶体，实验证明少层锑烯在室温下有较好的稳定性，但该制备方法效率低，不利于对锑烯的研究和应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的机械剥离、效率低、质量不稳定，本发明提出一种单层或少层锑烯的液相剥离制备方法,可大量生产最低至单层的锑烯，方法成本低，产量高，有利于对锑烯的进一步科学研究及推广应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种液相法制备锑烯的方法，所述方法是按下列步骤进行的：

将锑粉（片状β-锑）与植酸溶剂混合，二者比例为0.5mg/ml-500mg/ml，经超声裂解处理和离心处理后，将产物的上清液滴加于衬底上后经旋涂或烘干得到单层或少层锑烯；所述植酸溶剂为植酸的水溶液，浓度为10~50 wt.%，超声裂解处理所采用功率为100-500W，超声时间为2-12h，水温控制在5-20 ℃之间，离心处理所采用的转速为3000rpm-12000rpm。

只有采用本发明所述的工艺，如锑粉和植酸溶剂的比例、植酸的浓度、超声裂解的参数（功率、时间、温度）以及离心的转速才能够得到单层或少层锑烯。

本发明的有益效果是：本发明所制备的锑烯的可用于制备场效应晶体管、二极管、太阳能电池及光电探测器件。与现有技术相比，本发明可大量生产最低至单层的锑烯，方法成本低，产量高，有利于对锑烯的进一步科学研究及推广应用。

附图说明

图1为本发明制备的少层锑烯。

具体实施方式

将锑粉（片状β-锑）与植酸溶剂混合，二者比例为0.5mg/ml-500mg/ml（可采用0.5mg/ml、5mg/ml、50mg/ml、100 mg/ml、200mg/ml、300mg/ml、400 mg/ml、500mg/ml），经超声裂解处理和离心处理后，将产物的上清液滴加于衬底上后经旋涂或烘干得到单层或少层锑烯；所选的有机溶剂为植酸的水溶液，浓度为10~50 wt.%，超声裂解处理所采用功率为100-500W（可选择100W、200W、300W、400W、500W），超声时间为2-12h（可选择2h、4h、6h、8h、10h、12h），水温温控制在5-20℃(可选择5℃、10℃、15℃、20℃)之间，离心处理所采用的转速为3000rpm-12000rpm（可选择3000rpm、6000 rpm、9000 rpm、12000rpm）。

实施例1

本实施例包括以下步骤将锑粉末和植酸水溶液（10 wt.%）按照浓度10mg/ml的浓度配配置溶液，在剥离反应温度为10℃下超声反应4h将超声后溶液在离心机下3000rpm转速离心20min，取上清液将得到单层或少层锑烯。

实施例2

本实施例包括以下步骤将锑粉末和植酸水溶液（30 wt.%）按照浓度10mg/ml的浓度配配置溶液，在剥离反应温度为10℃下超声反应4h将超声后溶液在离心机下3000rpm转速离心20min，取上清液将得到单层或少层锑烯。

实施例3

本实施例包括以下步骤将锑粉末和植酸水溶液（50 wt.%）按照浓度10mg/ml的浓度配配置溶液，在剥离反应温度为10℃下超声反应4h将超声后溶液在离心机下3000rpm转速离心20min，取上清液将得到单层或少层锑烯。

上述实施方式仅用于说明本发明的内容，但这并非是对本发明的限制，本领域的相关技术人员，在不脱离本发明的范围的情况下，还可以做出相应的调整和变型，因此所有等同替换或等效变型的方式形成的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种液相法制备锑烯的方法，其特征在于，所述方法是按下列步骤进行的：

将锑粉与植酸溶剂混合，二者比例为0.5mg/ml-500mg/ml，经超声裂解处理和离心处理后，将产物的上清液滴加于衬底上后经旋涂或烘干得到单层或少层锑烯；所述植酸溶剂为植酸的水溶液，浓度为10~50 wt.%，超声裂解处理所采用功率为100-500W，超声时间为2-12h，水温控制在5-20 ℃之间，离心处理所采用的转速为3000rpm-12000rpm。