CN107778642A - 一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料及其制备方法与应用，由以下重量百分比的组分组成：二硫化钼‑聚苯胺复合物20～30份，成膜基底65～80份，填料0～20份，交联剂3～7份，有机溶剂280～350份。本发明首次公开二硫化钼‑聚苯胺为半导体介质，由于二硫化钼特殊的二维纳米结构，二硫化钼与苯胺协同作用，使得在不添加导电粉体情况下，所述半导体复合材料在20℃的体积电阻率在5～13Ω·cm，应用前景广泛。

Description

一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料及其制备方法与 应用
技术领域
本发明涉及一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料及其制备方法与应用，属于半导体复合材料领域。
技术背景
聚合物半导电材料具有广阔的应用前景，以电气领域为例，在电缆中聚合物半导电材料主要用于中高压电缆的绞线导体以及绝缘的屏蔽。除了结构型导电聚合物外，其他的导电聚合物都是通过往聚合物中添加导电填料来制备导电材料。其中，主要使用的填料是导电炭黑，往往需要添加大量的炭黑(质量分数30％-50％)，但是过高的炭黑含量会影响材料的机械性能。石墨烯是一种具有二维结构的碳质纳米新材料，石墨烯中，相邻碳原子以共价键结合，每个碳原子p轨道上的电子能够在大π键中自由移动，因此具有优异的导电性能，其电导率能高达106s/cm，以石墨烯作为填料可大大改善聚合物的导电性能。
但是，由于石墨烯的比表面积非常大，片层之间的范德华力使得其极容易团聚。因此，在聚合物中添加石墨烯，因石墨烯与聚合物间的界面作用差，往往极易发生团聚现象，使得石墨烯很难在聚合物中分散开来。通过对石墨烯化学改性能有效提高石墨烯在聚合物中的分散性，但是这样却破坏了石墨烯完整的共轭结构，导致石墨烯性能下降，从而影响了石墨烯的实际应用。
与石墨烯结构类似的二维层状纳米材料在众多研究领域引起了更为广泛的关注。其中，过渡金属二维层状化合物的光、电、力学和催化等性能虽然在过去得到一定关注，但对它们的研究一直处于初步阶段，直到近些年才取得一些突破性的进展。二硫化钼(MoS2)是一种典型的过渡金属二维层状化合物，层与层之间由范德华力相连接，其单层则由三层S-Mo-S原子层以共价键方式构成。MoS2具有优异的半导体特性，当其由体相材料变为超薄二维结构材料时，MoS2的禁带宽度随着其层数的较小而增加，到单层时，不但其禁带宽度由体相材料时的1.29eV增加至1.90eV，而且电子能带结构也由非直接带隙变为直接带隙。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的旨在提供一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料。
本发明的另一目的在于提高所述的基于二维二硫化钼的半导体复合材料得制备方法。
本发明的再一目的在于提高所述的基于二维二硫化钼的半导体复合材料在照相器材、光学仪器、IC产品、半导体产品、光电产品领域的应用。
一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，由以下重量百分比的组分组成：二硫化钼-聚苯胺复合物20～30份，成膜基底65～80份，填料0～20份，交联剂3～7份，有机溶剂280～350份。
所述的成膜基底为聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯中的至少一种。
所述的填料为高岭土、膨润土、滑石粉、云母粉中的至少一种。
所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯、叔丁基过氧化碳酸脂、叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧化异氯丙苯中的至少一种。
所述的有机溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯、三甲苯、D40溶剂中的至少一种。
所述的二硫化钼-聚苯胺复合物得制备方法为：通氮气条件下，控制温度在-2～10℃，将3～6份二维二硫化钼、0.1～0.5份表面活性剂、4～12份经减压蒸馏的苯胺、0.2～2份0.5～2mol/L盐酸、50～70份水加入到反应器中，高速搅拌分散均匀，然后加入含有6～20份氧化剂，-2～10℃继续反应6～12h，然后过滤，干燥，即得二硫化钼-聚苯胺复合物；其中所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、双十二烷基苯基醚二磺酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠中的至少一种；所述氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、碘酸钾、三氯化铁、双氧水中的至少一种。
所述的基于二维二硫化钼的半导体复合材料的制备方法为：首先将成膜基底溶于有机溶剂中，然后再依次加入二硫化钼-聚苯胺复合物、交联剂，充分混合均匀，最后加热至120～180℃除去溶剂加压即得所述半导体复合材料。
本发明首次公开二硫化钼-聚苯胺为半导体介质，由于二硫化钼特殊的二维纳米结构，二硫化钼与苯胺协同作用，使得在不添加导电粉体情况下，所述半导体复合材料在20℃的体积电阻率在5～13Ω·cm，应用前景广泛。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料及其制备方法与应用做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其原料组分如下：二硫化钼-聚苯胺复合物21份，聚苯乙烯30份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，滑石粉5份、云母粉3份，过氧化苯甲酰7份，甲苯300份。
本实施例中基于二维二硫化钼的半导体复合材料的制备方法为：首先将成膜基底溶于有机溶剂中，然后再依次加入二硫化钼-聚苯胺复合物、交联剂，充分混合均匀，最后加热至140℃除去溶剂加压即得所述半导体复合材料。
所述的二硫化钼-聚苯胺复合物得制备方法为：通氮气条件下，控制温度在0℃，将4份二维二硫化钼、0.5份十二烷基苯磺酸钠、8份经减压蒸馏的苯胺、1份1.2mol/L盐酸、65份水加入到反应器中，高速搅拌分散均匀，然后加入含有12份过硫酸钾，0℃继续反应12h，然后过滤，干燥，即得二硫化钼-聚苯胺复合物。
对比例1：将本实施例中的二维二硫化钼换为石墨烯，按照相同的工艺、相同的比例，制得石墨烯半导体复合材料即为对比例1。
实施例2
一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其原料组分如下：二硫化钼-聚苯胺复合物28份，聚甲基丙烯酸甲酯35份、聚氯乙烯30份，过氧化二异丙苯5份，二甲苯320份。
本实施例中基于二维二硫化钼的半导体复合材料的制备方法为：首先将成膜基底溶于有机溶剂中，然后再依次加入二硫化钼-聚苯胺复合物、交联剂，充分混合均匀，最后加热至180℃除去溶剂加压即得所述半导体复合材料。
所述的二硫化钼-聚苯胺复合物得制备方法为：通氮气条件下，控制温度在5℃，将5份二维二硫化钼、0.2份双十二烷基苯基醚二磺酸钠、10份经减压蒸馏的苯胺、1.2份0.5～2mol/L盐酸、68份水加入到反应器中，高速搅拌分散均匀，然后加入含有16份碘酸钾，5℃继续反应8h，然后过滤，干燥，即得二硫化钼-聚苯胺复合物。
对比例2：将本实施例中的二维二硫化钼换为石墨烯，按照相同的工艺、相同的比例，制得石墨烯半导体复合材料即为对比例2。
实施例3
一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其原料组分如下：二硫化钼-聚苯胺复合物30份，聚偏氟乙烯40、聚甲基丙烯酸甲酯29份，高岭土20份，1,4-双叔丁基过氧异丙基苯3份，石油醚350份。
本实施例中基于二维二硫化钼的半导体复合材料的制备方法为：首先将成膜基底溶于有机溶剂中，然后再依次加入二硫化钼-聚苯胺复合物、交联剂，充分混合均匀，最后加热至120℃除去溶剂加压即得所述半导体复合材料。
所述的二硫化钼-聚苯胺复合物得制备方法为：通氮气条件下，控制温度在8℃，将6份二维二硫化钼、0.4份月桂酸钠、10份经减压蒸馏的苯胺、2份0.5～2mol/L盐酸、70份水加入到反应器中，高速搅拌分散均匀，然后加入含有13份三氯化铁，8℃继续反应10h，然后过滤，干燥，即得二硫化钼-聚苯胺复合物
对比例3：将本实施例中的二维二硫化钼换为石墨烯，按照相同的工艺、相同的比例，制得石墨烯半导体复合材料即为对比例3。
实施例和对比例中半导体复合材料相同条件下的测试数据如下表所示，由数据对比可以看出，实施例与对比例在20℃体积电阻率相近，但强度和韧性更高。

Claims (10)

1.一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的组分组成：二硫化钼-聚苯胺复合物20～30份，成膜基底65～80份，填料0～20份，交联剂3～7份，有机溶剂280～350份。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于，所述的成膜基底为聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于：所述的填料为高岭土、膨润土、滑石粉、云母粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于：所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯、叔丁基过氧化碳酸脂、叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧化异氯丙苯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于：所述的有机溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯、三甲苯、D40溶剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于：在通氮气条件下，控制温度在-2～10℃，将3～6份二维二硫化钼、0.1～0.5份表面活性剂、4～12份经减压蒸馏的苯胺、0.2～2份0.5～2mol/L盐酸、50～70份水加入到反应器中，高速搅拌分散均匀，然后加入含有6～20份氧化剂，-2～10℃继续反应6～12h，然后过滤，干燥，即得所述的二硫化钼-聚苯胺复合物。
7.根据权利要求6所述的一种基于二维二硫化钼的半导体复合材料，其特征在于：所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、双十二烷基苯基醚二磺酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠中的至少一种；所述的氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、碘酸钾、三氯化铁、双氧水中的至少一种。
8.一种如权利要求1所述的基于二维二硫化钼的半导体复合材料制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：首先将成膜基底溶于有机溶剂中，然后再依次加入二硫化钼-聚苯胺复合物、交联剂，充分混合均匀，最后加热至120～180℃除去溶剂加压即得所述半导体复合材料。
9.一种如权利要求1或8所述的基于二维二硫化钼的半导体复合材料应用方法，其特征在于，所述的半导体复合材料作为导电性能优良的材料，广泛应用于照相器材、光学仪器、IC产品、半导体产品、光电产品领域。
10.一种二硫化钼-聚苯胺复合物的制备方法，其特征在于，在通氮气条件下，控制温度在-2～10℃，将3～6份二维二硫化钼、0.1～0.5份表面活性剂、4～12份经减压蒸馏的苯胺、0.2～2份0.5～2mol/L盐酸、50～70份水加入到反应器中，高速搅拌分散均匀，然后加入含有6～20份氧化剂，-2～10℃继续反应6～12h，然后过滤、干燥，即得二硫化钼-聚苯胺复合物；
所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、双十二烷基苯基醚二磺酸钠、硬脂酸钠、月桂酸钠中的至少一种；所述的氧化剂为过硫酸钾、过硫酸铵、重铬酸钾、碘酸钾、三氯化铁、双氧水中的至少一种。
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