CN113353976B - 二维材料及制备和组装方法与在人工神经元器件中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了二维材料及制备和组装方法与在人工神经元器件中的应用。二维材料的制备方法包括以下步骤：取体相材料与碳酸盐混合，煅烧，得到煅烧产物；煅烧产物与质子酸混合，发生插层反应，得到一次插层产物；一次插层产物与有机碱混合，继续插层反应，得到二次插层产物；二次插层产物在液相中机械剥离，得到二维材料；其中，碳酸盐包括碳酸锂和碳酸钾。利用碳酸钾和碳酸锂的组合与体相材料进行煅烧，使材料变为层状材料，能够被有效剥离；随后通过与质子酸的混合将氢离子插入层间，并进一步将有机碱插入层间，最大程度削弱层间作用力；最后将其在液相中施加机械力剥离，从而获得尺寸更大、厚度更薄、更加易于后续组装的二维材料。

Description

二维材料及制备和组装方法与在人工神经元器件中的应用
技术领域
本申请涉及二维材料技术领域，尤其是涉及二维材料及制备和组装方法与在人工神经元器件中的应用。
背景技术
自2004年石墨烯被发现至今，对类石墨烯二维材料的研究吸引了来自物理学、化学、材料学、电子学等领域专家的广泛关注。研究人员在二维材料中发现了一系列新奇的物理现象，极大地拓宽了其应用领域。例如，二维材料在结构上与传统的三维材料具有显著的差异，由于其垂直方向尺度远远小于水平方向尺度，二维材料中的电子仅可在水平面两个维度上自由运动。这种特殊的结构使得二维材料在很多领域尤其是电学领域具有独特且广阔的应用前景。
对于二维材料的制备来讲，自上而下溶液法剥离层状样品和自下而上化学气相沉积(CVD)方法生长是两类最常用的方法。与化学气相沉积方法相比，溶液剥离法具有产量大、成本低、普适性强的特征，得到的材料往往具有良好的水溶性，不需要化学气相沉积后续复杂的转移工艺就能够被组装成型。另一方面，由于化学气相沉积(CVD)方法得到的二维材料的尺寸限制，如何利用溶液法剥离得到又大又薄的二维材料是目前的研究热点。超声辅助剥离是一种较为常用的手段，但是通过超声辅助剥离得到的二维材料通常厚度较大、尺寸较小，不利于后续应用。因此，开发能够得到又大又薄的二维材料的方法尤为重要。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种二维材料及制备和组装方法与在人工神经元器件中的应用，通过本申请所提供的制备方法制得的二维材料具有更大的尺寸、更薄的厚度。
本申请的第一方面，提供二维材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
取体相材料与碳酸盐混合，煅烧，得到煅烧产物；
煅烧产物与质子酸混合，发生插层反应，得到一次插层产物；
一次插层产物与有机碱混合，继续插层反应，得到二次插层产物；
二次插层产物在液相中机械剥离，得到二维材料；
其中，碳酸盐包括碳酸锂和碳酸钾。
根据本申请实施例的制备方法，至少具有如下有益效果：
利用碳酸钾和碳酸锂的组合与体相材料进行煅烧，使材料变为层状材料，能够被有效剥离；随后通过与质子酸的混合将氢离子插入层间，并进一步将有机碱插入层间，最大程度削弱层间作用力；最后将其在液相中施加机械力剥离，从而获得尺寸更大、厚度更薄、更加易于后续组装的二维材料。
其中，体相材料(bulk materials)是指以块状或颗粒形式存在的固体材料。可以理解的是，本申请中所述的体相材料是指在经过上述煅烧过程后能够形成层状材料，并最终可以剥离出单层或少层纳米片的体相材料。
在本申请的一些实施方式中，碳酸钾和碳酸锂的质量比为(1～9)：1。碳酸钾和碳酸锂的不同比例对煅烧产物的结构有一定影响，并进一步影响插层和剥离过程的进行，当碳酸钾和碳酸锂的质量比在上述范围内时，可以有效提高最终剥离得到的尺寸并减小其厚度。优选的，碳酸钾和碳酸锂的质量比为(1～6)：1。更优选的，碳酸钾和碳酸锂的质量比为(2～4)：1。
在本申请的一些实施方式中，体相材料、碳酸钾和碳酸锂的质量比为(10～20)：(1～9)：1。通过控制三种组分的含量，优化煅烧产物中钾和锂的比例，使其能够剥离出更大更薄的二维材料。优选的，体相材料、碳酸钾和碳酸锂的质量比为(11～15)：(2～4)：1。更优选的，体相材料、碳酸钾和碳酸锂的质量比为(12～14)：(2～4)：1。
在本申请的一些实施方式中，煅烧的温度为850～1150℃，优选为900～1100℃，更优选为1000℃；煅烧的时间为5～25h，优选为18～25h，更优选为一次煅烧5h，二次煅烧20h。
在本申请的一些实施方式中，质子酸是指任何能够释放出质子，以便其进入层状材料的层间削弱层间作用力的物质，具体可以是盐酸、硫酸、醋酸、磷酸、硝酸等。
在本申请的一些实施方式中，质子酸的浓度为0.5mol/L以上，优选为1mol/L以上。
在本申请的一些实施方式中，煅烧产物与质子酸的混合时间为2天以上，优选为4天以上。为了让氢离子可以充分插层到煅烧层状二氧化钛层间，可以实用浓度较高的质子酸并适当延长混合反应时间。
在本申请的一些实施方式中，有机碱包括四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、三甲基苯基氢氧化铵中的至少一种。利用上述有机碱中的有机胺离子更大程度撑开层状材料的层间结构。
在本申请的一些实施方式中，有机碱以水溶液形式参与反应。
在本申请的一些实施方式中，有机碱的水溶液中，有机碱的浓度为5～15％w/v。
在本申请的一些实施方式中，一次插层产物与有机碱的反应时间为2～8小时，优选为4～6小时。
在本申请的一些实施方式中，机械剥离的方式为机械震荡。
在本申请的一些实施方式中，机械震荡的速度为20～100rpm。
在本申请的一些实施方式中，机械剥离的处理时间为1～10天，优选为1～5天，更优选为1～3天。
在本申请的一些实施方式中，二维材料为石墨烯纳米片、氮化硼纳米片、过渡金属硫族化合物纳米片(TMDs)、过渡金属氧化物和氢氧化物等材料。
在本申请的一些实施方式中，二维材料为二氧化钛纳米片。在众多的二维材料体系中，二维二氧化钛由于其本身稳定的特性将是人工神经网络中人工神经元器件材料的可靠的选择。
本申请的第二方面，提供二维材料，该二维材料采用上述的制备方法制得。采用上述制备方法可以获得尺寸更大、厚度更薄、更加易于后续组装的二维材料。
在本申请的一些实施方式中，二维材料的尺寸为5μm以上，更进一步可以达到8μm或10μm左右；同时其厚度在3nm以下，更进一步可以达到2nm或1.5nm以下。
本申请的第三方面，提供二维材料的组装方法，该组装方法包括以下步骤：
将前述的二维材料铺展在液体表面；
压缩所述液体表面至设定膜压值，使二维材料形成膜层；
将膜层转移到基底表面，得到自组装的二维薄膜。
根据本申请实施例的组装方法，至少具有如下有益效果：
将制备的二维纳米片均匀分散到液体与气体的界面，最终利用可控的推力调节表面膜压使纳米片聚集成型，成型的膜层可以通过提拉或者水平吸附转移至目标基底，得到自组装的超薄大面积的二维薄膜。
在本申请的一些实施方式中，铺展的方法包括以下步骤：取前述的二维材料与挥发性有机溶剂混合，得到分散液；将所述分散液滴加到所述液体的表面。
在本申请的一些实施方式中，液体为超纯水，其表面张力为72dynes/cm(25℃)。
在本申请的一些实施方式中，挥发性有机溶剂选自甲醇、乙醇、三氯甲烷中的至少一种。
在本申请的一些实施方式中，挥发性有机溶剂为乙醇和三氯甲烷的混合溶剂。
在本申请的一些实施方式中，乙醇和三氯甲烷的体积比可以为3:(1～9)，例如，3：1、2：1，1：1，1：2，1：3，优选体积比1:1。
在本申请的一些实施方式中，二维材料的初始溶液经减压蒸发或者常压蒸发到99％干燥，再加入挥发性有机溶剂得到分散液。采用该方法在制备时无需利用离心等其他设备辅助，最终得到的分散液性质稳定，组装形成的薄膜均匀且厚度可控。其中，初始溶液是指前述二维材料制备过程中机械剥离后形成的二维材料的溶液。
在本申请的一些实施方式中，滴加分散液的方式为通过微针进行滴加。通过微针将分散液以小体积进入液体的表面从而使其中的二维材料尽可能铺展开。
在本申请的一些实施方式中，压缩液体表面至设定膜压值的方式为在液体两侧设置滑块，使滑块以设定速度移动，从而压缩滑块之间的液体，并改变液体表面的膜压。
在本申请的一些实施方式中，液体表面的设定膜压值为25～35mN/m，优选为30mN/m。
在本申请的一些实施方式中，滑块移动挤压液体表面的设定速度为1～10cm2/min，优选为1～5cm2/min，更进一步优选为2cm2/min或者3cm2/min。
在本申请的一些实施方式中，基底包括石墨片、硅片、蓝宝石、石英、云母、玻璃、金箔、钼箔、氧化铟锡中的至少一种。可以根据不同的实验目的进行适应性选择。
在本申请的一些实施方式中，膜层转移到基底表面的方法为提拉。
在本申请的一些实施方式中，薄膜的提拉速度为1～5mm/min。
在本申请的一些实施方式中，通过多次提拉形成相互叠加的叠层薄膜。
在本申请的一些实施方式中，每层薄膜在提拉后60～80℃干燥1～10min。
在本申请的一些实施方式中，叠层薄膜提拉完成后60～80℃干燥12～24h。
本申请的第四方面，提供二维薄膜，该二维薄膜由上述的二维材料经组装得到。
根据本申请实施例的二维薄膜，至少具有如下有益效果：
将前述的二维材料经由组装能够得到大面积超薄的二维材料薄膜，并且根据实际需要可以有效调节厚度，具有广阔的应用前景。
本申请的第五方面，提供前述的二维材料或二维薄膜在制备电子器件或光电器件中的应用。利用上述二维材料或二维薄膜超薄超大尺寸的特性，作为电子器件或光电器件中的电子材料或光电材料使用，提升其电学性能或光电性能。
本申请的第六方面，提供人工神经元器件，该人工神经元器件包括前述的二维材料或前述的二维薄膜。作为人工神经网络的重要组成部分，人工突触器件及人工神经元器件受到业内的广泛关注。二维材料由于其超薄的层状结构和独特的性质，可以极大地促进新型电路构件的高集成化和多功能化。因此，可以利用本申请所提供的二维材料或二维薄膜作为原材料制备人工神经元器件并用于人工神经网络的构建。人工神经元器件的非限制性实例包括忆阻器，通过忆阻器构建人工突触和人工神经元，并进一步组成人工神经网络。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
图1是本申请实施例1中制备得到的二维二氧化钛的原子力显微镜照片；
图2是图1的局部细节照片；
图3是本申请实施例2中二维薄膜的制备方法的示意图；
图4是本申请实施例2中二氧化钛组装薄膜的制备过程中的表面膜压曲线；
图5是本申请实施例2中制备得到的单层单次提拉二氧化钛的组装薄膜的截面透射电子显微镜照片；
图6是本申请实施例2中单层单次提拉二氧化钛的组装薄膜的原子力显微镜照片；
图7是本申请实施例2中制备得到的3层提拉二氧化钛的组装薄膜的原子力显微镜照片；
图8是本申请实施例2中制备得到的5层提拉二氧化钛的组装薄膜的原子力显微镜照片；
图9是本申请实施例3制备得到的大面积高透的二氧化钛超薄薄膜的透明度示意照片；
图10是本申请实施例3制备得到的不同层数的组装薄膜在550nm光下的透过率曲线；
图11是本申请实施例4制备得到的ITO基底二氧化钛薄膜在电子束蒸镀电极之后得到的人工神经元阵列器件的示意照片；
图12是图11中阵列器件的光学显微镜放大照片；
图13是本申请实施例5制备得到的英寸级硅基底二氧化钛薄膜在电子束蒸镀之后得到的人工神经元阵列器件的示意照片；
图14是本申请对比例1中制备得到的二维材料的原子力显微镜照片；
图15是本申请对比例2中采用传统离心的溶剂交换方法制备得到的二维二氧化钛分散液的在成膜时的压缩等温曲线；
图16是本申请对比例4中采用CVD法制备得到二维纳米片进一步形成的电子器件的照片。
具体实施方式
以下将结合实施例对本申请的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本申请的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本申请的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本申请保护的范围。
下面详细描述本申请的实施例，描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
本实施例提供一种二维材料，该二维材料为高质量的二维二氧化钛，具体制备过程包括以下步骤：
(1)取金红石相二氧化钛粉末10.4g与碳酸钾2.4g及碳酸锂0.8g混合，1000℃条件下煅烧5小时，得到煅烧产物，室温研磨之后再1000℃煅烧20小时，得到最终煅烧产物。
(2)取最终煅烧产物1g与1mol/L的盐酸溶液200mL混合搅拌4天，使氢离子充分插层到煅烧产物的二氧化钛层间，得到一次插层产物。
(3)将一次插层产物浸于10％w/v的四丁基氢氧化铵(TBAOH)溶液中5小时，利用TBA+离子撑开层间，得到二次插层产物。
(4)最后将二次插层产物放入摇床以20rpm的速度摇晃2天，得到二维二氧化钛。
本实施例得到的二维二氧化钛的原子力显微镜照片如图1和图2所示，从图中可以看出，二维二氧化钛的横向尺寸可达10μm左右，而厚度仅为1.50nm。根据相关公式推测得到本实施例剥离出的二维二氧化钛为单层或者双层。
实施例2
本实施例提供一种二维薄膜，该二维薄膜为超薄大面积的二维二氧化钛，由实施例1中的二维材料组装得到，该组装方法如图3所示，具体包括以下步骤：
(1)取实施例1中摇晃2天后的初始二维二氧化钛溶液3mL，80℃常压蒸发到99％干燥。再直接加入8mL挥发性有机溶剂(乙醇和三氯甲烷体积比为1:1)，超声分散24h，制备得到0.3mg/mL的二氧化钛二维纳米片的分散液。
(2)将事先准备好的水槽用乙醇和超纯水连续清洗3次，标注有效压缩面积为105cm2，固定两端滑块的起始位置。
(3)将超纯水缓慢装入水槽，保证整个过程不会在水槽内壁产生气泡。
(4)将云母基底剪裁成合适大小，两端云母层用胶带撕去，保留最干净的云母表面。专用夹子将准备好的基底夹住并置入水槽中合适位置等待后续提拉。根据后续实验安排，基底通常可达厘米级别或英寸级别。
(5)用50μL的微针吸取(1)中配置的分散液2次，合计100μL，以极小的液滴多次加入的方式将分散液均匀分散在水面上，等待5min除去分散液中的挥发溶剂，最终参考图3的A，使二氧化钛纳米片均匀铺展在水面上。
(6)参考图3的B，启动水槽两端的滑块，设定水槽挤压水面的速度为2cm2/min，使滑块以该速度均匀地从两端向中间压缩，同时实时记录表面膜压。
(7)待液体表面的膜压达到设定值30mN/m时，停止压缩，参考图3的C，以2mm/min的速度向上提拉基底，待基底完全被提拉升起，即薄膜完全转移到目标基底上时停止提拉，最终得到单层单次提拉二氧化钛纳米片组装成的超薄薄膜，其厚度为3nm左右。重复本步骤可以分别得到3层提拉二氧化钛的组装薄膜和5层提拉二氧化钛的组装薄膜，其厚度分别为10nm和15nm左右。
(8)将得到的组装薄膜在紫外灯下照射48h，去除原二氧化钛溶液中的TBAOH。
本实施例步骤(6)中实时记录的表面膜压与压缩面积的关系曲线如图4所示，该曲线显示了薄膜在水面成型的过程，而本实施例中所取的膜压30mN/m是紧密薄膜的合适膜压。
本实例制备得到的单层单次提拉二氧化钛的组装薄膜在截面透射电子显微镜下的观察结果如图5所示，从图中可以看出，其厚度仅为2～3nm，约为3～4个原子厚度。单层单次提拉二氧化钛的组装薄膜在原子力显微镜下的观察结果如图6所示，从图中可以看出，单层单次提拉二氧化钛的组装薄膜的表面粗糙度很低，厚度均匀。而3层提拉二氧化钛的组装薄膜和5层提拉二氧化钛的组装薄膜的原子力显微镜照片分别如图7和图8所示，从图中可以看到，组装薄膜的厚度以及粗糙度都随着层数的增加而增加，并且均呈现均匀的薄膜表面。
实施例3
本实施例提供一种二维薄膜，该二维薄膜为大面积高透的二氧化钛超薄薄膜，该二维薄膜的制备方法与实施例2的区别仅在于，将云母基底换成表面清洁的超薄玻璃。
本实例制备得到的大面积高透的二氧化钛超薄薄膜的照片如图9所示，由图可以看出，制备得到的二氧化钛纳米片组装薄膜透明度极高，右侧有组装薄膜覆盖的部分的背景仍然清晰可见。
取通过不同提拉次数制得的不同层数的组装薄膜，测定其对于550nm光的透过率，结果如图10所示，从图中可以看出，本实施例所提供的不同层数的高透薄膜在550nm光下的透过率均大于98％。
实施例4
本实施例提供一种垂直人工神经元器件，该垂直人工神经元器件包括氧化铟锡(ITO)基底和位于氧化铟锡基底上依次层叠设置的二氧化钛薄膜和金电极。其制备方法如下：
(1)参考实施例，将实施例2中的云母基底换成表面清洁的氧化铟锡基底，其他条件与实施例1相比完全相同，制备得到氧化铟锡基底与二氧化钛薄膜的复合材料。
(2)用电子束蒸发的方式在复合材料的二氧化钛薄膜层上蒸镀一层60nm厚的金电极，得到垂直人工神经元器件。
本实施例制备得到的垂直人工神经元器件的照片如图11所示，其局部的光学显微镜图如图12所示，从图11和图12可以看出，本实施例得到的基于二氧化钛超薄组装薄膜的垂直人工神经元器件可以实现大面积集成，每个独立器件在基底上分布均匀。
实施例5
本实施例提供一种垂直人工神经元器件，与实施例4的区别仅在于，将氧化铟锡基底换成表面清洁的尺寸大小为1英寸的硅基底。制备方法参考实施例2和4。
本实施例制备得到的基于二氧化钛超薄组装薄膜的垂直人工神经元器件的照片如图13所示，从图中可以看出，本实施例制备得到的基于二氧化钛超薄组装薄膜的垂直人工神经元器件可以实现英寸级别的大面积集成，在未来人工神经网络集成上具有广阔的前景。
对比实验
对比例1
本对比例提供一种二维二氧化钛材料，与实施例1的区别在于，采用传统针式超声的方法进行制备。产物的原子力显微镜照片如图14所示，从图中可以看出，传统针式超声剥离得到的二维薄层尺寸只有几百纳米，与本申请实施例1所提供的二维材料相比，尺寸较小。
对比例2
本对比例提供一种二维薄膜，与实施例2的区别在于，步骤(1)中分散液的制备方法不同，具体为利用离心辅助进行溶剂交换形成分散液。
采用该方法制备得到的分散液在步骤(6)中实时记录的表面膜压与压缩面积的关系曲线如图15所示，该曲线的最高模压在3mN/m附近，与实施例2中分散液的模压等温曲线相比，最高模压太低，不利于成膜。
对比例3
本对比例提供一种二维薄膜，该二维薄膜与实施例2的区别在于，采用传统的旋涂的方式来组装二氧化钛二维纳米片薄膜，即不采用实施例2中的步骤(2)～(8)。具体步骤如下：
(1)启动真空泵，将事先准备好的干净硅基底中心放置，调平等待旋涂。
(2)向步骤(1)所述硅基底中心滴入二氧化钛二维纳米片分散液5mL，盖好机器盖子。启动事前设置好的旋涂程序，以3000rpm的速度进行旋涂。
将该对比例中制备得到的旋涂薄膜与实施例2中组装的到的薄膜进行对比可以发现，对比例3中纳米片在基底上的分散非常稀疏且不均匀，基底有大面积裸露。相比较而言，实施例2所提供的组装薄膜不仅有超薄的特征，同时还能够实现大面积均匀和厚度可控。
对比例4
本对比例提供一种垂直人工神经元器件，该垂直人工神经元器件与实施例4的区别在于，采用传统的化学气相沉积(CVD)方法制备得到的二维纳米片做垂直器件结构。具体上下电极采用转移搭接的方式，结果如图16的a和b所示，从图中可以看到，CVD方法制备得到的器件横向尺寸小，难以大规模集成。
综合上述实施例可以看到，本申请实施例所提供的二维材料的制备方法采用高温煅烧、质子插层、质子交换以及机械剥离四步，并配比特定的反应原料，最终得到的二维二氧化钛相比于现有方法得到的二维材料尺寸更大、厚度更薄、更加易于后续组装。同时，在气液界面上将二维二氧化钛分散均匀，利用两端压力组装薄膜，均匀分散的二维材料和可控的两端压力解决了组装困难以同时获得大面积且超薄薄膜的问题。最终得到的大面积超薄薄膜尺寸可以达到英寸级别，厚度可控，单层单次提拉得到的二氧化钛纳米片组装薄膜厚度仅为3～4层原子厚，因而具有更加优异的光学和电学特性。而以该薄膜为基础制备得到的人工神经元器件与其他方法制备得到的人工神经元器件相比，性能也会更加稳定、开关比高，且能够得到稳定均匀的阵列器件，与CVD样品为基的小尺寸器件形成鲜明的对比。
实施例5
本实施例提供一种二维氮化硼材料，与实施例1的区别在于，采用六方氮化硼粉末代替金红石型二氧化钛粉末。最终得到的二维氮化硼材料经原子力显微镜显示，其为单层或者双层的横向尺寸同样在10μm左右的二维氮化硼纳米片。
本实施例还提供一种二维氮化硼薄膜，与实施例2的区别在于，采用上述的二维氮化硼纳米片形成分散液代替二氧化钛的分散液参与组装。
实施例6
本实施例提供一种人工神经元器件，将二硒化钽按照实施例1中的方法剥离形成单层或少层纳米片，并采用实施例2的方法组装形成位于氧化铟锡基底上的薄膜，最后蒸镀电极，得到人工神经元器件。该人工神经元器件可以大规模集成，性能也更加稳定。
上面结合实施例对本申请作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (6)

1.二维材料的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：
取体相材料与碳酸盐混合，煅烧，得到煅烧产物，所述碳酸盐包括碳酸锂和碳酸钾，所述体相材料、所述碳酸钾和碳酸锂的质量比为(12～14)：(2～4)：1；
所述煅烧产物与质子酸混合，发生插层反应，得到一次插层产物；
所述一次插层产物与有机碱混合，继续插层反应，得到二次插层产物；
所述二次插层产物在液相中机械剥离，得到二维材料的初始溶液；
所述二维材料的初始溶液经过常压干燥或减压干燥后，与挥发性有机溶剂混合，得到分散液，将所述分散液滴加到液体的表面；
在液体两侧设置滑块，使滑块以设定速度移动，从而压缩滑块之间的液体，并改变液体表面的膜压至设定膜压值，使所述二维材料形成膜层，所述设定膜压值为25～35mN/m，滑块移动挤压液体表面的所述设定速度为1～10cm2/min；
将所述膜层转移到基底表面，得到自组装的二维薄膜。
2.根据权利要求1所述的组装方法，其特征在于，所述二维材料为二氧化钛纳米片。
3.根据权利要求1至2任一项所述的组装方法，其特征在于，所述煅烧的温度为850～1150℃，所述煅烧的时间为5～25h。
4.二维薄膜，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的组装方法制得。
5.权利要求4所述的二维薄膜在制备电子器件或光电器件中的应用。
6.人工神经元器件，其特征在于，包括权利要求4所述的二维薄膜。
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