類(lèi)石墨烯二硫化鉬的制備方法

類(lèi)石墨烯二硫化鉬的制備方法

1類(lèi)石墨烯二硫化鰲近年來(lái)，隨著二維納米材料的提出，石墨烯和其他二維材料的二氧化鋁引起了人們的廣泛關(guān)注。8-15級(jí)石墨烯二硫化鋁是由六方晶系多層或多層二硫化鋁組成的二維晶體材料。16-20層2硫化鋁由三個(gè)層次的二氧化鋁組成（見(jiàn)圖1a）。中間一層為二氧化鋁層，上下兩層為硫化鋁層。二氧化鋁層由兩層組成的“三段”結(jié)構(gòu)組成。鉬原子層由兩層硫原子層組成，上下兩層為硫原子層。隨著兩層硫原子層的形成，形成了結(jié)構(gòu)“三段”。通過(guò)共價(jià)率，二氧化鋁和硫原子與一層氮結(jié)合形成二維原子晶體。多層2硫化鋁由各種單層2硫化鋁組成，一般不超過(guò)層。范德華在這一層中有弱點(diǎn)，房間的距離約為0.65nm，上面為2硫化鋁。與具有二維層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯不同,類(lèi)石墨烯二硫化鉬具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)(圖1b),22它的布里淵區(qū)的能帶是一個(gè)平面,該面上每一點(diǎn)與布里淵區(qū)中心的連線都構(gòu)成一個(gè)k矢量(即波數(shù)矢量),而每一個(gè)k矢量都有一個(gè)能級(jí)E(k)與之對(duì)應(yīng),故將該布里淵區(qū)平面沿著高對(duì)稱(chēng)點(diǎn)展開(kāi)即得圖1b中的能帶展開(kāi)圖.Γ表示布里淵區(qū)中心,H、K和Λ分別表示布里淵區(qū)的高對(duì)稱(chēng)點(diǎn),C1表示導(dǎo)帶,而V1和V2則表示兩條分立的價(jià)帶;A、B表示從導(dǎo)帶到價(jià)帶的兩種豎直躍遷方式,而I則表示從導(dǎo)帶到價(jià)帶的非豎直躍遷方式;Eg表示豎直躍遷的能帶隙而Eg?則表示非豎直躍遷的能帶隙.相比于石墨烯的零能帶隙,類(lèi)石墨烯二硫化鉬存在1.29-1.90eV的能帶隙,而二硫化鉬晶體的能帶隙為Eg?=1.29eV,電子躍遷方式為非豎直躍遷;但當(dāng)小于100nm時(shí),由于量子限域效應(yīng),能隙不斷擴(kuò)大,單層二硫化鉬的能帶隙達(dá)到1.90eV,同時(shí)電子的躍遷方式變?yōu)樨Q直躍遷.17,22-24作為一類(lèi)重要的二維層狀納米材料,類(lèi)石墨烯二硫化鉬以其獨(dú)特的“三明治夾心”層狀結(jié)構(gòu)在潤(rùn)滑劑、催化、能量存儲(chǔ)、復(fù)合材料等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.25-30相比于石墨烯的零能帶隙,類(lèi)石墨烯二硫化鉬存在可調(diào)控的能帶隙,在光電器件領(lǐng)域擁有更光明的前景;31-33相比于硅材料的三維體相結(jié)構(gòu),類(lèi)石墨烯二硫化鉬具有納米尺度的二維層狀結(jié)構(gòu),可被用來(lái)制造半導(dǎo)體或規(guī)格更小、能效更高的電子芯片,將在下一代的納米電子設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.16-21本文綜述了類(lèi)石墨烯二硫化鉬的各種制備方法、結(jié)構(gòu)表征手段、光學(xué)和電子學(xué)方面的性質(zhì),總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)類(lèi)石墨烯二硫化鉬在二次電池、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、傳感器、有機(jī)電致發(fā)光、電存儲(chǔ)等光電子器件方面的研究進(jìn)展,并展望了其應(yīng)用前景.2“至上”的制備方法以及在“部分”類(lèi)石墨烯二硫化鉬在熱、電、光、力學(xué)等方面的性質(zhì)及其在光電子器件領(lǐng)域的潛在應(yīng)用引起了科研人員的廣泛關(guān)注.然而,一般的化學(xué)、物理法難以制備出具有層狀結(jié)構(gòu)的類(lèi)石墨烯二硫化鉬,34-48高質(zhì)量材料的可控制備是影響和制約類(lèi)石墨烯二硫化鉬長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵所在.目前可以采用的方法主要有:微機(jī)械力剝離法、鋰離子插層法、液相超聲法等“自上而下”的剝離法(如圖2所示),以及高溫?zé)岱纸?、氣相沉積、水熱法等“自下而上”的合成法.在“自上而下”的制備方法中,微機(jī)械力剝離法以其操作相對(duì)簡(jiǎn)便且剝離程度高是目前應(yīng)用最為成熟的方法,它能到單層二硫化鉬且剝離產(chǎn)物具有較高的載流子遷移率,一般多用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管;缺點(diǎn)是制備規(guī)模小和可重復(fù)性較差.鋰離子插層法是目前剝離效率最高的方法,它適用范圍廣,多用于二次電池和發(fā)光二極管;缺點(diǎn)是耗時(shí)、制備條件嚴(yán)格,且去除鋰離子極易導(dǎo)致類(lèi)石墨烯二硫化鉬的聚集.液相超聲法則是最新發(fā)展出來(lái)的方法,它以操作簡(jiǎn)單、制備條件相對(duì)寬松而正被廣泛應(yīng)用于光電子器件;然而它的剝離程度和剝離效率均低于前兩種方法,且產(chǎn)物中單層二硫化鉬的含量較低.“自下而上”的合成法,可能是由于二硫化鉬材料結(jié)構(gòu)的高熱和化學(xué)穩(wěn)定性,其研究還處在初級(jí)階段,尚存在制備成本高、工藝控制復(fù)雜等問(wèn)題,而且通過(guò)合成法獲得類(lèi)石墨烯二硫化鉬的純度和光、電性質(zhì)等仍遜色于剝離法.但是“自下而上”合成法具有方法、手段、底物等各方面的可控性及多樣性,很具發(fā)展?jié)摿?通過(guò)不斷創(chuàng)新和優(yōu)化制備條件,有望實(shí)現(xiàn)大面積、高質(zhì)量類(lèi)石墨烯二硫化鉬的規(guī)?；苽?2.1微機(jī)械力剝離法微機(jī)械力剝離法是用一種特殊的粘性膠帶(scotchtape)剝離二硫化鉬粉末從而得到單層或多層二硫化鉬的方法.1965年,Frindt49最早利用這種特殊膠帶得到了幾層至幾十層后的二硫化鉬.其原理是通過(guò)膠帶的粘性附著力來(lái)克服二硫化鉬分子層間的弱范德華力從而達(dá)到剝離的目的,如圖2a所示.隨著時(shí)代的發(fā)展和工藝的改進(jìn),目前人們已經(jīng)能夠用這種膠帶將二硫化鉬粉末剝離成幾層甚至是單層.8,16,50-56微機(jī)械力剝離法僅憑膠帶通過(guò)手工就能獲得類(lèi)石墨烯二硫化鉬,既不需要復(fù)雜而繁瑣的制備裝置也無(wú)需考慮產(chǎn)物的聚集,省時(shí)、省力、簡(jiǎn)單、快捷,不但剝離率最高,而且剝離的產(chǎn)物大多是具有高載流子遷移率的單層二硫化鉬.不過(guò),其致命的缺點(diǎn)是產(chǎn)量低、難以大規(guī)模制備和重復(fù)性差.2.2類(lèi)石墨烯二硫化鰲鋰離子插層法最早始于1986年,Morrison等57首次通過(guò)該法制得單層二硫化鉬.其基本原理是先利用鋰離子插層劑(如丁基鋰,n-C4H9Li)嵌入到二硫化鉬粉末中,形成LixMoS2(x≥1)插層化合物,再通過(guò)插層化合物與質(zhì)子性溶劑(一般是水,也可選用稀酸或低沸點(diǎn)的醇類(lèi))劇烈反應(yīng)所產(chǎn)生出的大量氫氣增大二硫化鉬的層間距,進(jìn)而得到多層甚至單層二硫化鉬(如圖2b).鋰離子插層法雖然操作比較復(fù)雜,但它剝離范圍廣,剝離效率高,不僅可以剝離二硫化鉬,而且可以剝離幾乎所有的層狀化合物(如TaS2、NbS2等),并可剝至單層.58-61鋰離子插層法用以剝離二硫化鉬的基本步驟為:先將二硫化鉬粉末和正丁基鋰的正己烷溶液置于100℃的惰性氣體環(huán)境下反應(yīng)3天,得到剝離插層物,然后加入水等質(zhì)子性溶劑,接著超聲60min、過(guò)濾、離心懸濁液并用去離子水多次洗滌至中性,最后真空干燥即可得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬.60,62-642.3液相超聲剝離法液相超聲剝離法是最近新發(fā)展起來(lái)的方法.2011年,Coleman等65,66通過(guò)向二硫化鉬粉末中添加N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP),接著超聲、離心、真空干燥從而制得類(lèi)石墨烯二硫化鉬(如圖2c).液相超聲法要求反應(yīng)不但要在液體中進(jìn)行,而且還要輔以超聲手段,其中超聲功率對(duì)剝離效果有關(guān)鍵影響.液體通常選取有機(jī)溶劑如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(NVP)、異丙醇(IPA)、二甲基亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)等,甚至也可以不選取有機(jī)溶劑而選取水和表面活性劑來(lái)剝離二硫化鉬.Coleman等67曾將二硫化鉬粉末置于水溶液中并添加膽酸鈉作為表面活性劑以抑制產(chǎn)物的聚集,經(jīng)超聲30min、靜置24h后離心懸濁液,最后移取上清液并真空干燥即可得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬.液相超聲法雖然剝離程度和剝離效率略低于前兩種方法,但它操作簡(jiǎn)單、便捷且適合大批量、規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)都是吸引人們的關(guān)鍵.尤其是最近有關(guān)在水相條件下成功剝離二硫化鉬的文獻(xiàn)報(bào)道更彰顯了這一制備方法的工業(yè)化應(yīng)用前景.2.4mos4的熱重分析除了上述三種最常見(jiàn)的“自上而下”的制備方法之外,最近還出現(xiàn)了多種“自下而上”制備類(lèi)石墨烯二硫化鉬的方法.Balendhran等21通過(guò)高溫下熱蒸鍍?nèi)趸f和過(guò)量的硫粉,利用氧化還原反應(yīng)成功制備了類(lèi)石墨烯二硫化鉬.Li等68通過(guò)高溫?zé)岱纸忏f硫酸銨((NH4)2MoS4)得到大面積的類(lèi)石墨烯二硫化鉬(見(jiàn)圖2d),具體方法是:采用浸涂(dip-coating)的方法,將(NH4)2MoS4涂于基底表面;在第一步熱分解中,在氬氣和氫氣的混合氣體中加熱到500°C反應(yīng)1h;在第二步熱分解中,反應(yīng)在氬氣或氬氣和硫蒸汽(Ar+S8)的混合氣體中進(jìn)行(1000°C,30min)以防氧化;制得的類(lèi)石墨烯二硫化鉬可適用于多種基底.Besenbacher等69報(bào)道了通過(guò)物理氣相沉積法制備出類(lèi)石墨烯二硫化鉬,他們先在金原子表面熱沉積鉬原子,再將鉬原子置于硫化氫氣體中高溫退火15min即可.Qian等70,71報(bào)道了利用水熱法并控制溫度在150-180°C,最終得到具有較大表面積的單層二硫化鉬.Penner等72通過(guò)電化學(xué)方法將二氧化鉬置于800-900°C的硫化氫氣體中反應(yīng),最終得到了類(lèi)石墨烯二硫化鉬.最近,Scragg等73利用太陽(yáng)能電池材料Cu2ZnSnS4和鉬的固態(tài)反應(yīng),成功得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬.這些新方法的出現(xiàn)能在一定程度上彌補(bǔ)和改進(jìn)三大常見(jiàn)制備方法的不足,但相對(duì)于通過(guò)“自上而下”的剝離方式來(lái)獲得類(lèi)石墨烯二硫化鉬,有關(guān)通過(guò)“自下而上”的合成方法來(lái)獲得類(lèi)石墨烯二硫化鉬的文獻(xiàn)報(bào)道明顯偏少,這可能是因?yàn)槎蚧f自身的高溫度和強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性,增加了通過(guò)合成方法獲得類(lèi)石墨烯二硫化鉬的難度.但是應(yīng)該看到“自下而上”的合成方法由于方法多樣、手段靈活,極具發(fā)展?jié)摿?可能率先實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量類(lèi)石墨烯二硫化鉬的規(guī)?；煽刂苽?3石墨烯二硫化鋁的外觀和光度性能3.1類(lèi)石墨烯二硫化鰲類(lèi)石墨烯二硫化鉬特殊的二維層狀結(jié)構(gòu)是其特殊性能的根本原因,因此其研究的首要問(wèn)題是找到能夠準(zhǔn)確、高效地表征二維層狀結(jié)構(gòu)的方法,這不僅可以判斷類(lèi)石墨烯二硫化鉬的制備成功與否,而且有助于更好地探索類(lèi)石墨烯二硫化鉬的性質(zhì)與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系,促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用.二維層狀結(jié)構(gòu)最直觀的表征方法是各類(lèi)顯微手段,包括原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等.AFM是鑒別類(lèi)石墨烯二硫化鉬層數(shù)最直接的方法,它通過(guò)掃描測(cè)量樣品表面得到的高度差即可判斷剝離的程度(見(jiàn)圖3a,74若掃描得到的高度差為1.0nm左右,即可判斷是單層二硫化鉬).通過(guò)SEM和TEM測(cè)量邊緣褶皺也能粗略判斷類(lèi)石墨烯二硫化鉬的剝離程度(見(jiàn)圖3(b,c),65,67單層褶皺表明剝離得到的是單層二硫化鉬).此外,廣泛用于石墨烯結(jié)構(gòu)表征的拉曼(Raman)光譜法也是表征類(lèi)石墨烯二硫化鉬的有力工具,拉曼光譜法不僅表征快速、準(zhǔn)確,而且不會(huì)破壞樣品的晶體結(jié)構(gòu),通過(guò)直接測(cè)量面內(nèi)振動(dòng)模式E12g和面外振動(dòng)模式Ag1的拉曼位移便可判斷類(lèi)石墨烯二硫化鉬的剝離程度和效果:75例如單層二硫化鉬的E12g和Ag1間的位移差為16-18cm-1;雙層二硫化鉬的E12g和Ag1間的位移差為21cm-1;三層二硫化鉬的E12g和Ag1間的位移差為23cm-1(如圖3d所示).543.2特殊的光物理性質(zhì).類(lèi)石墨烯二硫化鉬具有特殊的“三明治”夾心二維層狀結(jié)構(gòu)和特殊的能帶結(jié)構(gòu),因此擁有特殊的光物理性質(zhì),如光吸收、熒光(PL)發(fā)射等.研究這些特殊的光物理性質(zhì),對(duì)于制作基于類(lèi)石墨烯二硫化鉬的光電器件非常重要.3.2.1隙半導(dǎo)體吸收劑二硫化鉬的光吸收性質(zhì)與其自身的厚度密切相關(guān):塊狀二硫化鉬是間接帶隙半導(dǎo)體,沒(méi)有特征吸收峰;而類(lèi)石墨烯二硫化鉬是直接帶隙半導(dǎo)體,其特征吸收峰在紫外吸收光譜上位于620和670nm附近,對(duì)應(yīng)于能帶圖1b中A、B兩種從導(dǎo)帶到價(jià)帶的豎直躍遷方式(見(jiàn)圖4a).673.2.2類(lèi)石墨烯二硫化鰲的熒光現(xiàn)象類(lèi)石墨烯二硫化鉬的熒光現(xiàn)象最早于2010年由Wang等76發(fā)現(xiàn).當(dāng)塊狀二硫化鉬被剝離至薄層時(shí),會(huì)出現(xiàn)熒光且熒光強(qiáng)度與二硫化鉬的層數(shù)成反比.他們采用微機(jī)械力法剝離二硫化鉬并選取532nm波長(zhǎng)的激光激發(fā)類(lèi)石墨烯二硫化鉬,結(jié)果成功采集到熒光發(fā)射光譜,其特征峰出現(xiàn)在620和670nm附近(見(jiàn)圖4b),69而塊狀二硫化鉬則沒(méi)有熒光特征峰.關(guān)于類(lèi)石墨烯二硫化鉬熒光現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,人們普遍認(rèn)為可能和鉬原子3d軌道上電子間的相互作用有關(guān),然而詳細(xì)、完善的機(jī)理解釋則有待進(jìn)一步地深入研究.除了上述采用微機(jī)械力的物理手段可以采集到熒光光譜之外,近來(lái)有文獻(xiàn)報(bào)道采用化學(xué)方法同樣可以觀察到類(lèi)石墨烯二硫化鉬的熒光現(xiàn)象,如2011年Eda等64用鋰離子插層法剝離二硫化鉬,退火處理之后也成功采集到類(lèi)似的熒光發(fā)射光譜.4硫化鰲晶體結(jié)構(gòu)二硫化鉬常溫下為黑色固體粉末,有金屬光澤,熔點(diǎn)1185℃,密度為4.8g·cm-3,莫氏硬度1.0-1.5,具有抗磁性和半導(dǎo)體性質(zhì).77二硫化鉬晶體屬于六方晶系,晶體結(jié)構(gòu)主要為八面體結(jié)構(gòu)和三棱柱結(jié)構(gòu).二硫化鉬具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性能,常用于潤(rùn)滑機(jī)械軸承以減小摩擦和磨損,擁有“高級(jí)固體潤(rùn)滑油王”的美譽(yù).78-80然而,當(dāng)二硫化鉬的厚度薄到一定程度形成類(lèi)石墨烯二硫化鉬時(shí),卻表現(xiàn)出獨(dú)特的光電半導(dǎo)體性質(zhì),和石墨烯一樣在光電器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景.4.1充放電容量與充放電效率可通過(guò)充電的方式使活性物質(zhì)重新激活而繼續(xù)使用的鋰離子和鎂離子二次電池成本低、污染小、充放電容量大,受到人們廣泛關(guān)注.由于鋰、鎂離子可以有效插入硫化鉬片層中,近年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)類(lèi)石墨烯二硫化鉬可以用作鋰離子電池和鎂離子電池的陽(yáng)極材料.81-84在插層的過(guò)程中,隨著二硫化鉬層間距的增大,不但減弱了層間作用力,而且降低了鋰、鎂離子插層的勢(shì)壘,最終增加了電池的充放電電容量(見(jiàn)圖5).Feng等81發(fā)現(xiàn)類(lèi)石墨烯二硫化鉬納米片在較寬的電壓范圍內(nèi)都顯示出較好的循環(huán)穩(wěn)定性,20次循環(huán)后的充放電容量仍然具有初次充放電容量的84%,達(dá)到了840mA·h·g-1.Cho等82則采用水熱法合成出類(lèi)石墨烯二硫化鉬納米片并用作高反應(yīng)速率的鋰離子電池陽(yáng)極材料,此法能容納更多的鋰離子并有利于循環(huán)穩(wěn)定,該電池在1C(1C=1.06A·g-1)倍率下充放電容量可達(dá)912mAh·g-1,20次循環(huán)后在50C倍率下充放電容量仍可達(dá)到553mAh·g-1.Li等83嘗試在類(lèi)石墨烯二硫化鉬中嵌入鎂,放電容量可達(dá)25mAh·g-1,充放電效率為10%-40%.Chen等84采用水熱法合成出的類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)二硫化鉬與平均粒徑2.5nm的超細(xì)鎂粉組裝成電池,該電池首次放電容量達(dá)到了170mAh·g-1,50次循環(huán)后仍保持初始容量的95%.4.2不同結(jié)構(gòu)的電所電極材料的開(kāi)/關(guān)電流和上界效力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)是現(xiàn)代微電子技術(shù)中重要的一類(lèi)器件,它主要靠改變電場(chǎng)來(lái)影響半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能.類(lèi)石墨烯二硫化鉬是直接帶隙半導(dǎo)體,22故可用來(lái)制作大開(kāi)關(guān)電流比、高載流子遷移率和低耗能的FET.51,85Kis等16先用微機(jī)械剝離法得到單層二硫化鉬,隨后轉(zhuǎn)移單層二硫化鉬到具有270nm厚SiO2的硅基片上,再利用電子束刻蝕法制作50nm厚的金電極,接著讓器件于200℃下退火以減小電阻,最后用原子層積法(atomiclayerdeposition,ALD)制作30nm厚的二氧化鉿(HfO2)作為柵極介電層(見(jiàn)圖6),發(fā)現(xiàn)器件的閾值電壓在-4V,開(kāi)/關(guān)電流比達(dá)到108,電子遷移率達(dá)到217cm2·V-1·s-1.Iwasa等53先采用微機(jī)械力法剝離得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬,之后轉(zhuǎn)移二硫化鉬到透明的氧化鋁基底上,再利用電子束刻蝕法制作Ti/Au電極,并選用離子液體作為柵極從而最終形成電雙層雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管.與二氧化鉿作為柵極介電層的晶體管顯示n型半導(dǎo)體性質(zhì)不同,電雙層晶體管既顯示p型又顯示n型性質(zhì).這種晶體管的開(kāi)/關(guān)電流比達(dá)到200,其中空穴載流子遷移率高達(dá)86cm2·V-1·s-1,是電子載流子遷移率的兩倍.Wang等86報(bào)道了以雙層二硫化鉬作為導(dǎo)電通道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作過(guò)程.具體制作步驟如下:首先用微機(jī)械力剝離法得到雙層二硫化鉬,隨后轉(zhuǎn)移雙層二硫化鉬至摻有285nmSiO2的硅基片上,再利用電子束刻蝕法制作Ti/Au電極并選取Al和Pd作為兩個(gè)柵極從而最終整合成含正(增加模式)、負(fù)(衰減模式)閾值電壓的晶體管.結(jié)果,器件的開(kāi)/關(guān)電流比達(dá)到107,開(kāi)態(tài)電流密度達(dá)到23μA·μm-1.最近,Im等87報(bào)道了摻雜聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))的類(lèi)石墨烯二硫化鉬(1-3層)作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電通道,陰極Al作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極,結(jié)果器件的開(kāi)/關(guān)電流比達(dá)到105,電子遷移率達(dá)到220cm2·V-1·s-1.4.3硫化鰲和柔性薄膜電極行為檢測(cè)類(lèi)石墨烯二硫化鉬由于其獨(dú)特的電子性質(zhì)、較大的比表面積和二維層狀結(jié)構(gòu)等原因有利于氣體分子的吸附,從而在氣體傳感器方面擁有應(yīng)用前景.傳統(tǒng)的金屬氧化物傳感器不僅對(duì)氧化、還原性氣體敏感,而且工作溫度高(350°C以上).88Colbow等89通過(guò)從單層二硫化鉬懸濁液中沉積二硫化鉬到鋁基底而成功制作出高敏感的氫氣傳感器.Zhang等55利用微機(jī)械力剝離法成功制備出1-4層的類(lèi)石墨烯二硫化鉬并分別制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件來(lái)檢測(cè)一氧化氮(NO)氣體的濃度.檢測(cè)濃度范圍為0.3×10-6-2×10-6(體積分?jǐn)?shù)),檢測(cè)效果穩(wěn)定性好、靈敏度高(如圖7所示);并且發(fā)現(xiàn)2層的二硫化鉬效果最好.最近,Zhang等90又用鋰離子插層法制備出的類(lèi)石墨烯二硫化鉬作為活性通道、還原氧化石墨烯(rGO)作為源、漏極,制成柔性薄膜晶體管陣列來(lái)檢測(cè)毒性氣體NO2的濃度:該器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、柔性可旋涂,而且可重復(fù)性好、氣體敏感度高;晶體管的氣體敏感度隨二硫化鉬厚度的增加而降低,這是因?yàn)槎蚧f薄膜厚度的增加會(huì)降低二硫化鉬通道的比表面積,從而最終降低氣體的敏感性.他們發(fā)現(xiàn)二硫化鉬薄膜的最優(yōu)厚度是4nm,NO2的濃度檢測(cè)范圍為0.5×10-6-5×10-6(體積分?jǐn)?shù)).類(lèi)石墨烯二硫化鉬除可用作氣體傳感器之外,還能用作光傳感器.Salardenne等91曾用Ni基底得到類(lèi)石墨烯二硫化鉬薄膜,經(jīng)沉積、退火后發(fā)現(xiàn)具有良好的光敏感性.Zhang等92用單層二硫化鉬制作光晶體管并用于光檢測(cè),發(fā)現(xiàn)器件中光電流的產(chǎn)生只取決于入射光的強(qiáng)度且光電流的產(chǎn)生和湮滅在50ms內(nèi)便可完成轉(zhuǎn)換過(guò)程,且光檢測(cè)的波長(zhǎng)范圍可通過(guò)使用不同厚度的類(lèi)石墨烯二硫化鉬來(lái)調(diào)控.93Im等94分別用單層和雙層二硫化鉬制作成光晶體管來(lái)作光檢測(cè)器,發(fā)現(xiàn)單層和雙層二硫化鉬光晶體管能有效檢測(cè)綠光,而三層二硫化鉬制作的光晶體管則適合檢測(cè)紅光.Kim等95通過(guò)制作類(lèi)石墨烯二硫化鉬的薄膜晶體管的光檢測(cè)器,發(fā)現(xiàn)多層二硫化鉬因相對(duì)更窄的能隙(1.3eV)和更寬的光譜反應(yīng)范圍而比單層二硫化鉬的光檢測(cè)性能更佳,其光譜探測(cè)范圍橫跨紫外區(qū)-近紅外區(qū).4.4石墨烯二硫化鰲有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)具有自發(fā)光、廣視角、低耗能、全彩色等優(yōu)點(diǎn),在平板顯示、固態(tài)照明等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景.96和被廣泛應(yīng)用于OLED空穴注入材料的三氧化鉬一樣,類(lèi)石墨烯二硫化鉬也可以作為OLED的空穴注入層和主體材料.Friend等60,62,100報(bào)道了將類(lèi)石墨烯二硫化鉬用作OLED陽(yáng)極的空穴注入層(見(jiàn)圖8(a,b)),在結(jié)構(gòu)為ITO/MoS2/MoO3/PFO/Ca/Al(PFO:polyfluorene)的器件中,經(jīng)