CN107574468A - 一种硒化钨薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硒化钨薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将阴极片的表面清洗干净，并烘干；S2、配置含硒和钨酸性溶液，并对所得含硒和钨的酸性溶液进行除氧；S3、以步骤S2所得含硒和钨的酸性溶液作为电化学沉积液，以步骤S1所得阴极片作为对电极，以饱和甘汞为参比电极，以铂片作为工作电极，进行电化学沉积，在阴极片上沉积形成硒化钨薄膜，其中沉积电压为0.3V～0.7V，沉积温度为25℃～80℃，沉积时间为1min～20min；S4、电化学沉积结束后，取出硒化钨薄膜，并进行清洗和烘干，即得。该方法所得产品为形貌、厚度可控、颗粒状聚集、分布均匀、排列紧密的硒化钨薄膜。

Description

一种硒化钨薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及硒化钨薄膜制备技术领域，具体涉及一种硒化钨薄膜的制备方法。
背景技术
硒化钨(WSe2)作为过渡金属硫属化物的典型代表，其具有类似石墨烯的层状结构，在电学、化学、力学及热学性能上均表现出来了独特并强烈的各向异性，这在超导、电器材料、固体润滑剂等领域有着广阔的应用前景。同时，硒化钨材料作为一种典型的半导体材料，具有相对其他过渡金属硫属化合物更小的带隙宽度，在光电、催化、电子传感领域的应用更加广泛。
目前硒化钨薄膜的生产方式有多种，主要包括物理法与化学法。其中，物理法主要有微机械剥离法、激光切割法，此类方法采用机械方法从母晶上定向分离出硒化钨薄膜。但其存在难以大规模生产，产品厚度形貌难以控制，产品质量依赖母晶的质量等问题。化学法主要为：化学气相沉积法(CVD)、溶剂沉积法、水热合成法等。此类方法具有制备薄膜化学成分可控等优点，但制备产物形貌难以控制、薄膜产物在大面积上难以控制其均匀度等缺点。因此，现有方法(不管是物理法还是化学法)均有限制性因素，亟须开发一种可靠、化学成分可控、产品形貌可控、薄膜均匀度可控，并可大规模应用的方法来制备硒化钨薄膜。
发明内容
本发明的目的在于，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种产品形貌、厚度可控的硒化钨薄膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种硒化钨薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将阴极片的表面清洗干净，并烘干；
S2、配置含硒和钨酸性溶液，并对所得含硒和钨的酸性溶液进行除氧，所述含硒和钨的酸性溶液为含0.9mol/L～1.1mol/L氯化钠、1.9mmol/L～2.1mmol/L亚硒酸、0.9mmol/L～1.1mmol/L钨酸钠、0.4mol/L～0.6mol/L柠檬酸、0.4mol/L～0.6mol/L乙二胺四乙酸二钠和盐酸的混合溶液，其pH为0.9～1.1；
S3、以步骤S2所得含硒和钨的酸性溶液作为电化学沉积液，以步骤S1所得阴极片作为对电极，以饱和甘汞为参比电极，以铂片作为工作电极，进行电化学沉积，在阴极片上沉积形成硒化钨薄膜，其中沉积电压为0.3V～0.7V，沉积温度为25℃～80℃，沉积时间为1min～20min；
S4、电化学沉积结束后，取出硒化钨薄膜，并进行清洗和烘干，即得。
本发明通过电化学沉积法，在酸性溶液中，在特定的溶液组成和电化学沉积条件下制备硒化钨薄膜，相比于传统的化学气相沉积法与溶剂热合成法，实现了对硒化钨薄膜的形貌和厚度可控，并且简化了制备条件，降低了生产成本。经发明人深入研究发现，含硒和钨的酸性溶液的组成、配比，以及电化学沉积的电压、温度和时间等工艺参数对硒化钨薄膜的质量至关重要。本发明采用电化学沉积法，并且控制溶液的组成及配比和沉积电压、沉积温度和沉积时间，得到了形貌及厚度可控的硒化钨薄膜。
上述的方法，优选的，所述步骤S2中，除氧操作具体是指用氮气对含硒和钨的酸性溶液进行鼓泡除氧，鼓泡除氧的时间为15min～30min。
上述的方法，优选的，所述步骤S1中，所述阴极片为掺氟二氧化锡导电玻璃、铂片或镍片中的任意一种。
上述的方法，优选的，所述步骤S1中，所述清洗操作具体是指将阴极片用清洁剂清洁2～3遍，用异丙醇超声浸泡10min～20min，然后用乙醇超声浸泡10min～20min，再用去离子水冲洗2～3遍，所述烘干操作具体是指用氮气进行烘干。
上述的方法，优选的，所述步骤S4中，清洗和烘干操作具体是指将取出后的硒化钨薄膜依次用纯水和乙醇进行冲洗，并在40℃～80℃下用氮气烘干1h～3h。
上述的方法，优选的，所得硒化钨薄膜的粒径为0.9μm～5μm，薄膜厚度为1μm～15μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明创造性地通过电化学沉积手段，并且在特定的溶液条件下和电化学沉积条件下制备得到了硒化钨薄膜。传统硒化钨薄膜制备局限于化学气相沉积法与溶剂热合成法中，相对于这两类传统方法，本发明的制备方法限制因素少、反应速度快、薄膜形貌及厚度可控性强，并且大幅度缩减了硒化钨薄膜的生产成本(包括设备成本及原料成本)。在能达到上述两种方法制备硒化钨薄膜的效果的同时，大幅度的简化了制备条件，实现了薄膜形貌及厚度的可控。
附图说明
图1为本发明实施例1所得硒化钨薄膜的X-射线衍射图(XRD)。
图2为本发明实施例1所得硒化钨薄膜的扫描电镜图(SEM)。
图3为本发明实施例1所得硒化钨薄膜的莫特-肖特基图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的硒化钨薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO，作为阴极片)用清洁剂清洁3遍，用异丙醇超声浸泡15min，然后用乙醇超声浸泡15min，再用去离子水冲洗3遍，然后用氮气进行烘干，得到表面洁净的掺氟二氧化锡导电玻璃；
(2)配置含1mol/L氯化钠、2mmol/L亚硒酸、1mmol/L钨酸钠溶液、0.5mol/L柠檬酸和0.5mol/L乙二胺四乙酸二钠的混合溶液，用盐酸调节混合溶液的pH为1，然后用氮气鼓泡对混合溶液进行除氧15min；
(3)以步骤(2)所得混合溶液作为电化学沉积液，以步骤(1)所得洁净的掺氟二氧化锡导电玻璃作为对电极，以饱和甘汞为参比电极，以铂片作为工作电极，进行电化学沉积；选取电化学沉积电压为-0.6V，在80℃下进行沉积，沉积持续5min，在掺氟二氧化锡导电玻璃电极上沉积硒化钨薄膜；
(4)取出沉淀后的薄膜，依次用纯水和乙醇进行冲洗，然后在氮气气氛下60℃下烘干2h，即得硒化钨薄膜产物。
对所得硒化钨薄膜进行X-射线衍射光谱、扫描电镜、肖特-莫特基检测。其中X-射线衍射光谱如图1所示，由图1可见，所得产物确为WSe2；其扫描电镜图如图2所示，由图2可见，其表面均匀，颗粒尺寸在2.2μm左右；其肖特-莫特基图如图3所示，由图3可见，该硒化钨薄膜为P型半导体。
实施例2：
一种本发明的硒化钨薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO，作为阴极片)用清洁剂清洁3遍，用异丙醇超声浸泡15min，然后用乙醇超声浸泡15min，再用去离子水冲洗3遍，然后用氮气进行烘干，得到表面洁净的掺氟二氧化锡导电玻璃；
(2)配置含1mol/L氯化钠、2mmol/L亚硒酸、1mmol/L钨酸钠溶液、0.5mol/L柠檬酸和0.5mol/L乙二胺四乙酸二钠的混合溶液，用盐酸调节混合溶液的pH为1，然后用氮气鼓泡对混合溶液进行除氧15min；
(3)以步骤(2)所得混合溶液作为电化学沉积液，以步骤(1)所得洁净的掺氟二氧化锡导电玻璃作为对电极，以饱和甘汞为参比电极，以铂片作为工作电极，进行电化学沉积；选取电化学沉积电压为-0.3V，在25℃下进行沉积，沉积持续15min，在掺氟二氧化锡导电玻璃电极上沉积硒化钨薄膜；
(4)取出沉淀后的薄膜，依次用纯水和乙醇进行冲洗，然后在氮气气氛下60℃下烘干2h，即得硒化钨薄膜产物。
对所得硒化钨薄膜进行X-射线衍射光谱、扫描电镜和肖特-莫特基检测，结果显示薄膜确为WSe2，且表面均匀；颗粒尺寸在2μm左右；为P型半导体。
实施例3：
一种本发明的硒化钨薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将掺氟二氧化锡导电玻璃(FTO，作为阴极片)用清洁剂清洁3遍，用异丙醇超声浸泡15min，然后用乙醇超声浸泡15min，再用去离子水冲洗3遍，然后用氮气进行烘干，得到表面洁净的掺氟二氧化锡导电玻璃；
(2)配置含1mol/L氯化钠、2mmol/L亚硒酸、1mmol/L钨酸钠溶液、0.5mol/L柠檬酸和0.5mol/L乙二胺四乙酸二钠的混合溶液，用盐酸调节混合溶液的pH为1，然后用氮气鼓泡对混合溶液进行除氧15min；
(3)以步骤(2)所得混合溶液作为电化学沉积液，以步骤(1)所得洁净的掺氟二氧化锡导电玻璃作为对电极，以饱和甘汞为参比电极，以铂片作为工作电极，进行电化学沉积；选取电化学沉积电压为-0.7V，在25℃下进行沉积，沉积持续1min，在掺氟二氧化锡导电玻璃电极上沉积硒化钨薄膜；
(4)取出沉淀后的薄膜，依次用纯水和乙醇进行冲洗，然后在氮气气氛下60℃下烘干2h，即得硒化钨薄膜产物。
对所得硒化钨薄膜进行X-射线衍射光谱、扫描电镜和肖特-莫特基检测，结果显示薄膜确为WSe2，且表面均匀；颗粒尺寸在1.5μm左右；为P型半导体。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种硒化钨薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将阴极片的表面清洗干净，并烘干；
S2、配置含硒和钨的酸性溶液，并对所得含硒和钨的酸性溶液进行除氧，所述含硒和钨的酸性溶液为含0.9mol/L～1.1mol/L氯化钠、1.9mmol/L～2.1mmol/L亚硒酸、0.9mmol/L～1.1mmol/L钨酸钠、0.4mol/L～0.6mol/L柠檬酸、0.4mol/L～0.6mol/L乙二胺四乙酸二钠和盐酸的混合溶液，其pH为0.9～1.1；
S3、以步骤S2所得含硒和钨的酸性溶液作为电化学沉积液，以步骤S1所得阴极片作为对电极，以饱和甘汞为参比电极，以铂片作为工作电极，进行电化学沉积，在阴极片上沉积形成硒化钨薄膜，其中沉积电压为0.3V～0.7V，沉积温度为25℃～80℃，沉积时间为1min～20min；
S4、电化学沉积结束后，取出硒化钨薄膜，并进行清洗和烘干，即得。
2.根据权利要求1所述的硒化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，除氧操作具体是指用氮气对含硒和钨的酸性溶液进行鼓泡除氧，鼓泡除氧的时间为15min～30min。
3.根据权利要求1所述的硒化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述阴极片为掺氟二氧化锡导电玻璃、铂片或镍片中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的硒化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述清洗操作具体是指将阴极片用清洁剂清洁2～3遍，用异丙醇超声浸泡10min～20min，然后用乙醇超声浸泡10min～20min，再用去离子水冲洗2～3遍，所述烘干操作具体是指用氮气进行烘干。
5.根据权利要求1所述的硒化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中，清洗和烘干操作具体是指将取出后的硒化钨薄膜依次用纯水和乙醇进行冲洗，并在40℃～80℃下用氮气烘干1h～3h。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的硒化钨薄膜的制备方法，其特征在于：所得硒化钨薄膜的粒径为0.9μm～5μm，薄膜厚度为1μm～15μm。
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