Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Двовимірні дихалькогеніди перехідних металів двовимірні ДПМ англ 2D transition metal dichalcogenides 2D TMDs що описують

Двовимірні дихалькогеніди перехідних металів

Двовимірні дихалькогеніди перехідних металів

Двовимірні дихалькогеніди перехідних металів, двовимірні ДПМ (англ. 2D transition metal dichalcogenides, 2D TMDs) — , що описуються хімічною формулою MX2, де M позначає атом перехідного металу (Ti, V, Mo, W тощо), а X позначає атом халькогену (S, Se або Te). Двовимірні ДПМ відрізняться від своїх тривимірних аналогів дуже малою товщиною: товщина двовимірного ДПМ може складати від однієї до десятка елементарних комірок. Через таку малу товщину фізичні властивості двовимірних ДПМ якісно відрізняються від властивостей тривимірних аналогів. Наразі ведуться інтенсивні фундаментальні дослідження у галузі двовимірних ДПМ, і ці матеріали вважаються перспективними для застосування у спінтроніці, велітроніці та оптоелектроніці.

image
Структура двошарового ДПМ: атоми металу позначено зеленим, атоми халькогену — жовтим.

Структура

Тривимірні (об'ємні) ДПМ мають шарувату структуру: у межах кожного шару присутні сильні ковалентні хімічні зв'язки, при цьому сусідні шари тримаються разом за допомогою на багато слабішої ван дер Ваальсової взаємодії. Кожен окремий шар у свою чергу організований так, що атоми перехідного металу оточені згори та знизу атомами халькогену X—M—X, тобто на один атом металу припадає два атоми халькогеніду. Структура ДПМ може відрізнятися з огляду на те, як атоми металу поєднуються з верхніми та нижніми атомами халькогену в одному шарі, та з огляду на те, як сусідні шари розташовуються один відносно одного. Беручи до уваги ці відмінності, розрізняють кілька політипів ДПМ: 2H, 3R, 1T та 1T'.

Для 2H-політипу ДПМ характерне те, що на одну елементарну комірку перепадає два шари зміщені та повернуті один відносно одного. При цьому у кожному шарі усі атоми металу лежать в одній площині на рівних відстанях один від одного та утворюють правильну трикутну ґратку. Кожен атому металу має хімічні зв'язки з трьома верхніми атомами халькогену, що разом із ним утворюють тетраедр, та з трьома нижніми атомами халькогену, що разом із ним утворюють ще один тетраедр розташований дзеркально симетрично до першого. У 3R-політипі ДПМ на одну елементарну комірку перепадає три шари, причому кожен шар зміщений та повернутий відносно інших двох, кожен окремий шар має таку саму координацію хімічних зв'язків між атомами металу та атомами халькагеніду, що була описана вище для 2H-політипу ДПМ.

У 1Т-політипі ДПМ на одну елементарну комірку перепадає один шар. У цьому шарі усі атоми металу лежать в одній площині на рівних відстанях один від одного та утворюють правильну трикутну ґратку. Як і у 2H та 3R політипах, кожен атому металу теж має хімічні зв'язки з трьома верхніми та трьома нижніми атомами халькогену, проте тетраедри, що при цьому утворюються, не дзеркально симетричні, а повернуті один відносно одного на 180°. У 1T'-політип ДПМ на одну елементарну комірку перепадає один шар, але вона має нижчу симетрію за елементарну комірку у 1Т-політипі. Кристали 1T'-політипу ДПМ можуть мати різну структури, для яких характерне те, що атоми металу не лежать в одній площині, а трохи зсунуті вгору або вниз перпендикулярно до площини шару, та можуть бути димеризовані — зсуваються у площині шару у напрямку до одного з сусідніх атомів металу, щоб утворити щільнішу пару. Відповідно два тетраедри, що атом металу утворює з верхніми та нижніми атомами халькогену, теж перекошуються.

Двовимірні ДПМ можуть складатися з одного або кількох шарів та до певної міри наслідують політипи від своїх тривимірних аналогів. Двовимірний ДПМ, що має товщину один шар та дзеркально симетричне розташування атомів халькогену відносно атому металу, іноді позначають 1H у літературі про двовимірні ДПМ, у той же час зустрічається позначення "одношаровий 2H-ДПМ". Який політип буде у конкретно взятого ДПМ, сильно залежить від заповнення d-орбіталі перехідного металу. Важливо зауважити, деякі двовимірний ДПМ можуть мати кілька стабільних політипів. У деяких випадках дві фази різного політипу співіснують у різних доменах одного й того самого кристалу, наприклад, було продемонстровано, що спеціально приготовлений одношаровий MoS2 має домени з 1H та 1T політипами.

Одношаровий ДПМ (та більш загально ДПМ з непарною кількістю шарів) не має центру інверсії.

Синтез та “фазова інженерія”

Для виготовлення двовимірних ДПМ використовують типові методи синтезу двовимірних кристалів. При цьому особлива увага приділяється кількості шарів та політипу двовимірних кристалів ДПМ, що утворюються на виході. Методи, що дозволяють контролювати та по бажанню змінювати політип двовимірних ДПМ, називаються “фазовою інженерією” (англ. phase engineering). Наразі ці методи не є досконалими і ведеться багато наукових досліджень по їх покращенню та пошуку нових підходів. Кінцева мета фазової інженерії включає контрольоване виготовлення кристалів, у яких у конкретно заданих місцях знаходяться фази різних політипів.

Механічна ексфоліація

На сьогодні механічна ексфоліація тривимірних ДПМ за допомогою клейкої стрічки дозволяє отримувати двовимірні кристали найкращої якості та чистоти, тому цей метод часто використовується для фундаментальних досліджені двовимірних ДПМ. Суттєвими недоліками цього методу є те, що розміри ексфолійованих кристалів малі (порядку 10 мкм), їх форму та кількість шарів не можна контролювати. Було показано, що кількість шарів у відносно товстих флейках MoS2, ексфолійованих клейкою стрічкою, можна зменшити до одного за допомогою точкових розігрівів сфокусованим лазерним випромінюванням. Проте така покрокова обробка поверхні кристалу вимагає багато часу, тому цей метод не вважається перспективним для потенційних застосувань в індустріальному масштабі.

Ексфоліація у рідкій фазі

Ексфоліація об’ємних кристалів ДПМ у рідкій фазі, тобто коли ДПМ занурений у рідину, дозволяє виготовляти одношарові та багатошарові флейки ДПМ у великій кількості, придатній для масового виробництва. Проте цей метод не дозволяє контролювати поперечний розмір, форму та товщину флейків. Процедуру ексфоліації можна лише оптимізувати для того, щоб на виході було більше флейків з певними бажаними характеристиками. У більшості випадків середній поперечний розмір флейків невеликий – менше одного мікрону. Сильним недоліком методу є те, що новоутворені флейки ДПМ деградують після контакту з хімікатами, що використовуюютья при виробництві. Тому як правило якість флейків, виготовлених ексфоліацією у рідкій фазі, гірша у порівнянні з якістю двовимірних кристалів ДПМ, виготовлених іншими методами.

Різні етапи ексфоліації у рідкій фазі були запропоновані та реалізовані ще у 1970 – 1980 роках, а пізніше застосовані для синтезу різних двовимірних ДПМ. Спочатку об’ємний ДПМ інтеркалюють йонами літію, для цього порошок ДПМ занурюють ніж на добу у розчин, що містить сполук з літієм, наприклад, бутиллітій розчинений у гексані. Електрони переходять від бутилової групи до ДПМ, при цьому йони літію впроваджуються між шарами ДПМ. Далі інтеркальований матеріал LixMX2 фільтрується та промивається у гексані, щоб видалити бутиллітій та побічні продукти хімічних реакцій. Очищений LixMX2 занурюють у воду, вода реагує з йонами літію, при цьому утворюється водень H2 (та, можливо, H2X), що призводить до ексфоліації LixMX2 на окремі шари. Наразі цей процес не є до кінця зрозумілим. Вважається, що ексфоліацію спричиняють бульбашки водню H2, а наявність негативного заряду на новоутворених флейках ДПМ стабілізує їх у розчині.

Така процедура синтезу може змінити політип субмікронних флейків ДПМ. Наприклад, після інтеркаляції та ексфоліації об’ємного MoS2, що має 2H політип, змінюється координація хімічних зв’язків між атомами Mo та S, у результаті чого новоутворені флейки MoS2 можуть мати три різні політипи: 1H, 1T та 1T'. Після відпалювання флейків при температурі 300 °C їх політип змінюється на первісний 2H.

Пізніше було запропоновано альтернативний спосіб інтеркаляції ДПМ за допомогою електрохімічного осередку з катодом, що містить ДПМ, та анодом з літієвої фольги. Інтеркаляція ДПМ літієм відбувається тільки під час електричного розряду, тому такий підхід дозволяє контролювати ступінь літізації. Уся процедура інтеркаляції потребує всього кілька годин, потім інтеркальований ДПМ ексфоліюють у воді як і у попередньому методі. Інтеркаляцію ДПМ літіем можна отримати і у твердий фазі, перемішавши порошок ДПМ з тетрагідридоборатом літію LiBH4 при температурі 350 °C. Перевага цього методу полягає у тому, що не використовується розчинник, а побічні продукти реакції B2H6 та H2 газоподібні, тому кінцевий інтеркальованй матеріал LixMX2 не забруднений домішками. Хоча вода є найкращим розчинником, який дозволяє досягти повної ексфоліації інтеркальованого ДПМ, було також досліджено використання кількох інших органічних розчинників: формамід та N-метилформамід.

Ексфоліація з попередньою інтеркаляцією йонами літію дає високий вихід одношарових флейків ДПМ. З іншого боку літій є вогненебезпечною речовиною, і робота з ним потребує спеціальної інертної атмосфери. Окрім цього світові ціни на літій стрімко зростали впродовж 21-ого сторіччя. Тому з огляду на потенційні застосування двовимірних ПДМ наразі ведеться пошук інших хімічних речовин та процедур для інтеркаляції, які були б більш придатними для масового виробництва. Так окрім літію було також досліджено використання йонів інших лужних металів та нафталініду у якості відновника замість бутилу у бутилітії. Преексфоліація ДПМ у гідразині та подальша інтеркаляція йонами лужних металі дає на виході флейки порядку 5 мкм, що є великим розміром порівняно з іншими процедурами ексфоліації у рідкій фазі.

ДПМ також можна ексфоліювати у рідкій фазі без використання йонів лужних металів та без спеціальної інертної атмосфери. Для цього об’ємні ДПМ піддають ультразвуковій сонікації у правильно підібраній рідині: водних розчинах ПАР, або органічних розчинниках, або розчинах плімерів. Характерний розмір флейків, що утворюються у такий спосіб, становить кілька сотень нанометрів. Флейки не злипаються один з одним завдяки сольватації або відштовхуванню, що має стеричну або електростатичну природу, та з’являється у наслідок адсорбції флейками молекул рідини. Такий спосіб ексфоліації дає на виході порівняно невисоку концентрацію одношарових флейків ДПМ.

Хімічне осадження з парової фази

Метод хімічного осадження з парової фази (ХОПФ) вважається перспективним для контрольованого вирощування якісних однорідних монокристалів двовимірних ДПМ великої площі з попередньо заданою кількістю шарів. Тому цей метод також вважається перспективним для виробництва двовимірих ДПМ в індустріальному масштабі. Проте наразі залишається багато невирішених проблем, які потребують подальших досліджень, щодо площі, кількості шарів та якості одержуваних кристалів.

У найпростішій модифікації ХОПФ використовуються тверді прекурсори: порошок оксиду металу (наприклад, MoO3) та порошок халькогену (наприклад, S). Обидва порошки нагріваються до високих температур (>600 °C), випаровуються та осаджуються на підкладку, виготовлену з металу або ізолятору. Так на підкладці утворюється тонкий шар ДПМ. Регулюючи температуру, концентрацію, тиск та швидкість потоку газів можна досягти вирощування атомарно тонких ДПМ. Зазвичай у такій процедурі важко досягти росту суцільного двовимірного монокристалу ДПМ великої площі, натомість утворюється багато роз’єднаних монокристалітів ДПМ.

Було показано, що суцільні двовимірні кристали відносно великої площі та контрольованої товщини можна вирощувати за допомогою наступної модифікації ХОПФ: спочатку на підкладку (зазвичай це Si/SiO2) наноситься тонка плівка перехідного металу (наприклад, Mo, W, Nb і т. д.), потім порошок дихалькогену випаровується в інертній атмосфері та при температурі 300 °C – 700 °C вступає у хімічну реакцію з металом, утворюючи на підкладці тонкий шар двовимірного ДПМ. Для вирощування двовимірних ДПМ також використовується метод атомно-шарового осадження: прекурсор реагує з підкладкою зі спеціально підібраної речовини, утворюючи атомарно тонкі шари ДПМ.

Фізичні властивості

Дихалькогеніди перехідних металів
Перехідний метал / халькоген S Se Te
Ti TiS2 TiSe2 TiTe2
V VS2 VSe2 VTe2
Cr CrSe2 CrTe2
Fe FeS2 FeSe2
Hf HfS2 HfSe2
Ta TaS2 TaSe2 TaTe2
Zr NbSe2 NbTe2
Nb NbS2 NbSe2 NbTe2
Mo MoS2 MoSe2 MoTe2
W WS2 WSe2 WTe2
Re ReS2

Примітки

  1. . Архів оригіналу за 12 березня 2022. Процитовано 21 лютого 2019.
  2. "Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides", Qing Hua Wang, Kourosh Kalantar-Zadeh, Andras Kis, Jonathan N. Coleman & Michael S. Strano, Nature Nanotechnology volume 7, pages 699–712 (2012). https://www.nature.com/articles/nnano.2012.193 [ 25 квітня 2019 у Wayback Machine.].
  3. "Phase engineering of transition metal dichalcogenides", Damien Voiry, Aditya Mohite and Manish Chhowalla, Chem. Soc. Rev., 2015,44, 2702-2712, April 2015, DOI: 10.1039/c5cs00151j https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/cs/c5cs00151j#!divAbstract [ 22 лютого 2019 у Wayback Machine.].
  4. "Coherent Atomic and Electronic Heterostructures of Single-Layer MoS2" Goki Eda, Takeshi Fujita, Hisato Yamaguchi, Damien Voiry, Mingwei Chen, and Manish Chhowalla. ACS Nano, 2012, 6 (8), pp 7311–7317. DOI: 10.1021/nn302422x. Publication Date (Web): July 16, 2012. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn302422x
  5. . Архів оригіналу за 14 грудня 2021. Процитовано 21 лютого 2019.
  6. Damien Voiry, Aditya Mohite and Manish Chhowalla, “Phase engineering of transition”, Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 2702-2712, DOI: 10.1039/c5cs00151j https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/cs/c5cs00151j#!divAbstract [ 22 лютого 2019 у Wayback Machine.]
  7. A. Castellanos-Gomez, M. Barkelid, A. M. Goossens, V. E. Calado, H. S. J. van der Zant, and G. A. Steele “Laser-Thinning of MoS2: On Demand Generation of a Single-Layer Semiconductor”, Nano Lett., 2012, 12 (6), pp 3187–3192, DOI: 10.1021/nl301164v
  8. Dines, M. B. Lithium intercalation via n-butyllithium of layered transition metal dichalcogenides. Mater. Res. Bull. 10, 287–291 (1975).
  9. Joensen, P., Frindt, R. F. & Morrison, S. R. Single-layer MoS2 . Mater. Res. Bull. 21, 457–461 (1986).
  10. M. A. Py and R. R. Haering “Structural destabilization induced by lithium intercalation in MoS2 and related compounds”. Can. J. Phys., 1983, 61, 76–84. http://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/p83-013#.XHCzRsbgqCh [ 25 лютого 2019 у Wayback Machine.]
  11. Gordon, R. A., Yang, D., Crozier, E. D., Jiang, D. T. & Frindt, R. F. “Structures of exfoliated single layers of WS2, MoS2, and MoSe2 in aqueous suspension”. Phys. Rev. B 65, (2002).
  12. Kirmayer, S., Aharon, E., Dovgolevsky, E., Kalina, M. & Frey, G. L. “Self-assembled lamellar MoS2, SnS2 and SiO2 semiconducting polymer nanocomposites”. Phil. Trans. R. Soc. A 365, 1489–1508 (2007).
  13. J. Heising and M. G. Kanatzidis “Exfoliated and Restacked MoS2 and WS2:  Ionic or Neutral Species? Encapsulation and Ordering of Hard Electropositive Cations”. J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 11720–11732. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja991644d
  14. G. Eda, T. Fujita, H. Yamaguchi, D. Voiry, M. Chen and M. Chhowalla, ACS Nano, 2012, 6, 7311–7317.
  15. Frey, G. L., Reynolds, K. J., Friend, R. H., Cohen, H. & Feldman, Y. “Solution-processed anodes from layer-structure materials for high-efficiency polymer light-emitting diodes”, J. Am. Chem. Soc. 125, 5998–6007 (2003).
  16. Bissessur, R., Kanatzidis, M. G., Schindler, J. L. & Kannewurf, C. R. “Encapsulation of polymers into MoS 2 and metal to insulator transition in metastable MoS2”, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1582–1585 (1993).
  17. Gordon, R. A., Yang, D., Crozier, E. D., Jiang, D. T. & Frindt, R. F. “Structures of exfoliated single layers of WS2 , MoS2, and MoSe2 in aqueous suspension.”, Phys. Rev. B 65, (2002).
  18. Eda, G. et al. “Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2”, Nano Lett. 11, 5111–5116 (2011).
  19. Zeng, Z. Y. et al. “Single-layer semiconducting nanosheets: high-yield preparation and device fabrication”. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 11093–11097 (2011).
  20. Zeng, Z. et al. “An effective method for the fabrication of few-layer-thick inorganic nanosheets”. Angew. Chem. Int. Ed. 51, 9052–9056 (2012).
  21. T. Fujita, Y. Ito, Y. Tan, H. Yamaguchi, D. Hoko, A. Hirata, D. A. Voiry, M. Chhowalla and M. Chen, Nanoscale, 2014, 6, 12458–12462.
  22. H.-L. Tsai, J. Heising, J. L. Schindler, C. R. Kannewurf and M. G. Kanatzidis, Chem. Mater., 1997, 9, 879–882.
  23. D. Voiry, M. Salehi, R. Silva, T. Fujita, M. Chen, T. Asefa, V. B. Shenoy, G. Eda and M. Chhowalla, Nano Lett., 2013, 13, 6222–6227.
  24. A. Lerf and R. Schoellhorn, Inorg. Chem., 1977, 16, 2950–2956.
  25. Eda, G. et al. “Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2”. Nano Lett. 11, 5111–5116 (2011).
  26. J. Zheng, H. Zhang, S. Dong, Y. Liu, C. Tai Nai, H. Suk Shin, H. Young Jeong, B. Liu and K. Ping Loh, Nat. Commun., 2014, 5, 2995.
  27. Coleman, J. N. et al. “Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials”. Science 331, 568–571 (2011).
  28. Smith, R. J. et al. “Large-scale exfoliation of inorganic layered compounds in aqueous surfactant solutions”. Adv. Mater. 23, 3944–3948 (2011).
  29. S.-H. Su, Y.-T. Hsu, Y.-H. Chang, M.-H. Chiu, C.-L. Hsu, W.-T. Hsu, W.-H. Chang, J.-H. He and L.-J. Li, Small, 2014, 10, 2589–2594.
  30. A. Kutana, E. S. Penev and B. I. Yakobson, Nanoscale, 2014, 6, 5820–5825.
  31. Lee, Y-H. et al. Synthesis of large-area MoS2 atomic layers with chemical vapor deposition. Adv. Mater. 24, 2320–2325 (2012).
  32. Y. H. Lee, et al. “Shape Evolution of Monolayer MoS2 Crystals Grown by Chemical Vapor Deposition” Adv. Mater. 24 (2012) 2320.
  33. S. Najmaei, et al. “Vapour phase growth and grain boundary structure of molybdenum disulphide atomic layers” Nat. Mater. 12 (2013) 754.
  34. J. Park, et al. Appl. Phys. Lett. 106 (2015) 012104.
  35. L.K. Tan, et al. Nanoscale 6 (2014) 10584.
  36. J.-G. Song, et al. ACS Nano 7 (2013) 11333.
  37. Z. Jin, et al. Nanoscale 6 (2014) 14453.
  38. A. Delabie, et al. Chem. Commun. 51 (2015) 15692.
  39. G. Ham, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 5 (2013) 8889.

Література

  • Wonbong Choi, Nitin Choudhary, Gang Hee Han, Juhong Park, Deji Akinwande, Young Hee Lee, Research review "Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications", Materials Today, Volume 20, Issue 3, April 2017, Pages 116-130.
  • Sajedeh Manzeli, Dmitry Ovchinnikov, Diego Pasquier, Oleg V. Yazyev & Andras Kis, "2D transition metal dichalcogenides", Nature Reviews Materials volume 2, Article number: 17033 (2017).
  • Kin Fai Mak & Jie Shan, "Photonics and optoelectronics of 2D semiconductor transition metal dichalcogenides", Nature Photonics volume 10, pages 216–226 (2016).

Див. також

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Dvovimirni dihalkogenidi perehidnih metaliv dvovimirni DPM angl 2D transition metal dichalcogenides 2D TMDs sho opisuyutsya himichnoyu formuloyu MX2 de M poznachaye atom perehidnogo metalu Ti V Mo W tosho a X poznachaye atom halkogenu S Se abo Te Dvovimirni DPM vidriznyatsya vid svoyih trivimirnih analogiv duzhe maloyu tovshinoyu tovshina dvovimirnogo DPM mozhe skladati vid odniyeyi do desyatka elementarnih komirok Cherez taku malu tovshinu fizichni vlastivosti dvovimirnih DPM yakisno vidriznyayutsya vid vlastivostej trivimirnih analogiv Narazi vedutsya intensivni fundamentalni doslidzhennya u galuzi dvovimirnih DPM i ci materiali vvazhayutsya perspektivnimi dlya zastosuvannya u spintronici velitronici ta optoelektronici Struktura dvosharovogo DPM atomi metalu poznacheno zelenim atomi halkogenu zhovtim StrukturaTrivimirni ob yemni DPM mayut sharuvatu strukturu u mezhah kozhnogo sharu prisutni silni kovalentni himichni zv yazki pri comu susidni shari trimayutsya razom za dopomogoyu na bagato slabishoyi van der Vaalsovoyi vzayemodiyi Kozhen okremij shar u svoyu chergu organizovanij tak sho atomi perehidnogo metalu otocheni zgori ta znizu atomami halkogenu X M X tobto na odin atom metalu pripadaye dva atomi halkogenidu Struktura DPM mozhe vidriznyatisya z oglyadu na te yak atomi metalu poyednuyutsya z verhnimi ta nizhnimi atomami halkogenu v odnomu shari ta z oglyadu na te yak susidni shari roztashovuyutsya odin vidnosno odnogo Beruchi do uvagi ci vidminnosti rozriznyayut kilka politipiv DPM 2H 3R 1T ta 1T Dlya 2H politipu DPM harakterne te sho na odnu elementarnu komirku perepadaye dva shari zmisheni ta povernuti odin vidnosno odnogo Pri comu u kozhnomu shari usi atomi metalu lezhat v odnij ploshini na rivnih vidstanyah odin vid odnogo ta utvoryuyut pravilnu trikutnu gratku Kozhen atomu metalu maye himichni zv yazki z troma verhnimi atomami halkogenu sho razom iz nim utvoryuyut tetraedr ta z troma nizhnimi atomami halkogenu sho razom iz nim utvoryuyut she odin tetraedr roztashovanij dzerkalno simetrichno do pershogo U 3R politipi DPM na odnu elementarnu komirku perepadaye tri shari prichomu kozhen shar zmishenij ta povernutij vidnosno inshih dvoh kozhen okremij shar maye taku samu koordinaciyu himichnih zv yazkiv mizh atomami metalu ta atomami halkagenidu sho bula opisana vishe dlya 2H politipu DPM U 1T politipi DPM na odnu elementarnu komirku perepadaye odin shar U comu shari usi atomi metalu lezhat v odnij ploshini na rivnih vidstanyah odin vid odnogo ta utvoryuyut pravilnu trikutnu gratku Yak i u 2H ta 3R politipah kozhen atomu metalu tezh maye himichni zv yazki z troma verhnimi ta troma nizhnimi atomami halkogenu prote tetraedri sho pri comu utvoryuyutsya ne dzerkalno simetrichni a povernuti odin vidnosno odnogo na 180 U 1T politip DPM na odnu elementarnu komirku perepadaye odin shar ale vona maye nizhchu simetriyu za elementarnu komirku u 1T politipi Kristali 1T politipu DPM mozhut mati riznu strukturi dlya yakih harakterne te sho atomi metalu ne lezhat v odnij ploshini a trohi zsunuti vgoru abo vniz perpendikulyarno do ploshini sharu ta mozhut buti dimerizovani zsuvayutsya u ploshini sharu u napryamku do odnogo z susidnih atomiv metalu shob utvoriti shilnishu paru Vidpovidno dva tetraedri sho atom metalu utvoryuye z verhnimi ta nizhnimi atomami halkogenu tezh perekoshuyutsya Dvovimirni DPM mozhut skladatisya z odnogo abo kilkoh shariv ta do pevnoyi miri nasliduyut politipi vid svoyih trivimirnih analogiv Dvovimirnij DPM sho maye tovshinu odin shar ta dzerkalno simetrichne roztashuvannya atomiv halkogenu vidnosno atomu metalu inodi poznachayut 1H u literaturi pro dvovimirni DPM u toj zhe chas zustrichayetsya poznachennya odnosharovij 2H DPM Yakij politip bude u konkretno vzyatogo DPM silno zalezhit vid zapovnennya d orbitali perehidnogo metalu Vazhlivo zauvazhiti deyaki dvovimirnij DPM mozhut mati kilka stabilnih politipiv U deyakih vipadkah dvi fazi riznogo politipu spivisnuyut u riznih domenah odnogo j togo samogo kristalu napriklad bulo prodemonstrovano sho specialno prigotovlenij odnosharovij MoS2 maye domeni z 1H ta 1T politipami Odnosharovij DPM ta bilsh zagalno DPM z neparnoyu kilkistyu shariv ne maye centru inversiyi Sintez ta fazova inzheneriya Dlya vigotovlennya dvovimirnih DPM vikoristovuyut tipovi metodi sintezu dvovimirnih kristaliv Pri comu osobliva uvaga pridilyayetsya kilkosti shariv ta politipu dvovimirnih kristaliv DPM sho utvoryuyutsya na vihodi Metodi sho dozvolyayut kontrolyuvati ta po bazhannyu zminyuvati politip dvovimirnih DPM nazivayutsya fazovoyu inzheneriyeyu angl phase engineering Narazi ci metodi ne ye doskonalimi i vedetsya bagato naukovih doslidzhen po yih pokrashennyu ta poshuku novih pidhodiv Kinceva meta fazovoyi inzheneriyi vklyuchaye kontrolovane vigotovlennya kristaliv u yakih u konkretno zadanih miscyah znahodyatsya fazi riznih politipiv Mehanichna eksfoliaciya Na sogodni mehanichna eksfoliaciya trivimirnih DPM za dopomogoyu klejkoyi strichki dozvolyaye otrimuvati dvovimirni kristali najkrashoyi yakosti ta chistoti tomu cej metod chasto vikoristovuyetsya dlya fundamentalnih doslidzheni dvovimirnih DPM Suttyevimi nedolikami cogo metodu ye te sho rozmiri eksfolijovanih kristaliv mali poryadku 10 mkm yih formu ta kilkist shariv ne mozhna kontrolyuvati Bulo pokazano sho kilkist shariv u vidnosno tovstih flejkah MoS2 eksfolijovanih klejkoyu strichkoyu mozhna zmenshiti do odnogo za dopomogoyu tochkovih rozigriviv sfokusovanim lazernim viprominyuvannyam Prote taka pokrokova obrobka poverhni kristalu vimagaye bagato chasu tomu cej metod ne vvazhayetsya perspektivnim dlya potencijnih zastosuvan v industrialnomu masshtabi Eksfoliaciya u ridkij fazi Eksfoliaciya ob yemnih kristaliv DPM u ridkij fazi tobto koli DPM zanurenij u ridinu dozvolyaye vigotovlyati odnosharovi ta bagatosharovi flejki DPM u velikij kilkosti pridatnij dlya masovogo virobnictva Prote cej metod ne dozvolyaye kontrolyuvati poperechnij rozmir formu ta tovshinu flejkiv Proceduru eksfoliaciyi mozhna lishe optimizuvati dlya togo shob na vihodi bulo bilshe flejkiv z pevnimi bazhanimi harakteristikami U bilshosti vipadkiv serednij poperechnij rozmir flejkiv nevelikij menshe odnogo mikronu Silnim nedolikom metodu ye te sho novoutvoreni flejki DPM degraduyut pislya kontaktu z himikatami sho vikoristovuyuyutya pri virobnictvi Tomu yak pravilo yakist flejkiv vigotovlenih eksfoliaciyeyu u ridkij fazi girsha u porivnyanni z yakistyu dvovimirnih kristaliv DPM vigotovlenih inshimi metodami Rizni etapi eksfoliaciyi u ridkij fazi buli zaproponovani ta realizovani she u 1970 1980 rokah a piznishe zastosovani dlya sintezu riznih dvovimirnih DPM Spochatku ob yemnij DPM interkalyuyut jonami litiyu dlya cogo poroshok DPM zanuryuyut nizh na dobu u rozchin sho mistit spoluk z litiyem napriklad butillitij rozchinenij u geksani Elektroni perehodyat vid butilovoyi grupi do DPM pri comu joni litiyu vprovadzhuyutsya mizh sharami DPM Dali interkalovanij material LixMX2 filtruyetsya ta promivayetsya u geksani shob vidaliti butillitij ta pobichni produkti himichnih reakcij Ochishenij LixMX2 zanuryuyut u vodu voda reaguye z jonami litiyu pri comu utvoryuyetsya voden H2 ta mozhlivo H2X sho prizvodit do eksfoliaciyi LixMX2 na okremi shari Narazi cej proces ne ye do kincya zrozumilim Vvazhayetsya sho eksfoliaciyu sprichinyayut bulbashki vodnyu H2 a nayavnist negativnogo zaryadu na novoutvorenih flejkah DPM stabilizuye yih u rozchini Taka procedura sintezu mozhe zminiti politip submikronnih flejkiv DPM Napriklad pislya interkalyaciyi ta eksfoliaciyi ob yemnogo MoS2 sho maye 2H politip zminyuyetsya koordinaciya himichnih zv yazkiv mizh atomami Mo ta S u rezultati chogo novoutvoreni flejki MoS2 mozhut mati tri rizni politipi 1H 1T ta 1T Pislya vidpalyuvannya flejkiv pri temperaturi 300 C yih politip zminyuyetsya na pervisnij 2H Piznishe bulo zaproponovano alternativnij sposib interkalyaciyi DPM za dopomogoyu elektrohimichnogo oseredku z katodom sho mistit DPM ta anodom z litiyevoyi folgi Interkalyaciya DPM litiyem vidbuvayetsya tilki pid chas elektrichnogo rozryadu tomu takij pidhid dozvolyaye kontrolyuvati stupin litizaciyi Usya procedura interkalyaciyi potrebuye vsogo kilka godin potim interkalovanij DPM eksfoliyuyut u vodi yak i u poperednomu metodi Interkalyaciyu DPM litiem mozhna otrimati i u tverdij fazi peremishavshi poroshok DPM z tetragidridoboratom litiyu LiBH4 pri temperaturi 350 C Perevaga cogo metodu polyagaye u tomu sho ne vikoristovuyetsya rozchinnik a pobichni produkti reakciyi B2H6 ta H2 gazopodibni tomu kincevij interkalovanj material LixMX2 ne zabrudnenij domishkami Hocha voda ye najkrashim rozchinnikom yakij dozvolyaye dosyagti povnoyi eksfoliaciyi interkalovanogo DPM bulo takozh doslidzheno vikoristannya kilkoh inshih organichnih rozchinnikiv formamid ta N metilformamid Eksfoliaciya z poperednoyu interkalyaciyeyu jonami litiyu daye visokij vihid odnosharovih flejkiv DPM Z inshogo boku litij ye vognenebezpechnoyu rechovinoyu i robota z nim potrebuye specialnoyi inertnoyi atmosferi Okrim cogo svitovi cini na litij strimko zrostali vprodovzh 21 ogo storichchya Tomu z oglyadu na potencijni zastosuvannya dvovimirnih PDM narazi vedetsya poshuk inshih himichnih rechovin ta procedur dlya interkalyaciyi yaki buli b bilsh pridatnimi dlya masovogo virobnictva Tak okrim litiyu bulo takozh doslidzheno vikoristannya joniv inshih luzhnih metaliv ta naftalinidu u yakosti vidnovnika zamist butilu u butilitiyi Preeksfoliaciya DPM u gidrazini ta podalsha interkalyaciya jonami luzhnih metali daye na vihodi flejki poryadku 5 mkm sho ye velikim rozmirom porivnyano z inshimi procedurami eksfoliaciyi u ridkij fazi DPM takozh mozhna eksfoliyuvati u ridkij fazi bez vikoristannya joniv luzhnih metaliv ta bez specialnoyi inertnoyi atmosferi Dlya cogo ob yemni DPM piddayut ultrazvukovij sonikaciyi u pravilno pidibranij ridini vodnih rozchinah PAR abo organichnih rozchinnikah abo rozchinah plimeriv Harakternij rozmir flejkiv sho utvoryuyutsya u takij sposib stanovit kilka soten nanometriv Flejki ne zlipayutsya odin z odnim zavdyaki solvataciyi abo vidshtovhuvannyu sho maye sterichnu abo elektrostatichnu prirodu ta z yavlyayetsya u naslidok adsorbciyi flejkami molekul ridini Takij sposib eksfoliaciyi daye na vihodi porivnyano nevisoku koncentraciyu odnosharovih flejkiv DPM Himichne osadzhennya z parovoyi fazi Metod himichnogo osadzhennya z parovoyi fazi HOPF vvazhayetsya perspektivnim dlya kontrolovanogo viroshuvannya yakisnih odnoridnih monokristaliv dvovimirnih DPM velikoyi ploshi z poperedno zadanoyu kilkistyu shariv Tomu cej metod takozh vvazhayetsya perspektivnim dlya virobnictva dvovimirih DPM v industrialnomu masshtabi Prote narazi zalishayetsya bagato nevirishenih problem yaki potrebuyut podalshih doslidzhen shodo ploshi kilkosti shariv ta yakosti oderzhuvanih kristaliv U najprostishij modifikaciyi HOPF vikoristovuyutsya tverdi prekursori poroshok oksidu metalu napriklad MoO3 ta poroshok halkogenu napriklad S Obidva poroshki nagrivayutsya do visokih temperatur gt 600 C viparovuyutsya ta osadzhuyutsya na pidkladku vigotovlenu z metalu abo izolyatoru Tak na pidkladci utvoryuyetsya tonkij shar DPM Regulyuyuchi temperaturu koncentraciyu tisk ta shvidkist potoku gaziv mozhna dosyagti viroshuvannya atomarno tonkih DPM Zazvichaj u takij proceduri vazhko dosyagti rostu sucilnogo dvovimirnogo monokristalu DPM velikoyi ploshi natomist utvoryuyetsya bagato roz yednanih monokristalitiv DPM Bulo pokazano sho sucilni dvovimirni kristali vidnosno velikoyi ploshi ta kontrolovanoyi tovshini mozhna viroshuvati za dopomogoyu nastupnoyi modifikaciyi HOPF spochatku na pidkladku zazvichaj ce Si SiO2 nanositsya tonka plivka perehidnogo metalu napriklad Mo W Nb i t d potim poroshok dihalkogenu viparovuyetsya v inertnij atmosferi ta pri temperaturi 300 C 700 C vstupaye u himichnu reakciyu z metalom utvoryuyuchi na pidkladci tonkij shar dvovimirnogo DPM Dlya viroshuvannya dvovimirnih DPM takozh vikoristovuyetsya metod atomno sharovogo osadzhennya prekursor reaguye z pidkladkoyu zi specialno pidibranoyi rechovini utvoryuyuchi atomarno tonki shari DPM Fizichni vlastivostiDihalkogenidi perehidnih metaliv Perehidnij metal halkogen S Se Te Ti TiS2 TiSe2 TiTe2 V VS2 VSe2 VTe2 Cr CrSe2 CrTe2 Fe FeS2 FeSe2 Hf HfS2 HfSe2 Ta TaS2 TaSe2 TaTe2 Zr NbSe2 NbTe2 Nb NbS2 NbSe2 NbTe2 Mo MoS2 MoSe2 MoTe2 W WS2 WSe2 WTe2 Re ReS2Primitki Arhiv originalu za 12 bereznya 2022 Procitovano 21 lyutogo 2019 Electronics and optoelectronics of two dimensional transition metal dichalcogenides Qing Hua Wang Kourosh Kalantar Zadeh Andras Kis Jonathan N Coleman amp Michael S Strano Nature Nanotechnology volume 7 pages 699 712 2012 https www nature com articles nnano 2012 193 25 kvitnya 2019 u Wayback Machine Phase engineering of transition metal dichalcogenides Damien Voiry Aditya Mohite and Manish Chhowalla Chem Soc Rev 2015 44 2702 2712 April 2015 DOI 10 1039 c5cs00151j https pubs rsc org en content articlelanding 2015 cs c5cs00151j divAbstract 22 lyutogo 2019 u Wayback Machine Coherent Atomic and Electronic Heterostructures of Single Layer MoS2 Goki Eda Takeshi Fujita Hisato Yamaguchi Damien Voiry Mingwei Chen and Manish Chhowalla ACS Nano 2012 6 8 pp 7311 7317 DOI 10 1021 nn302422x Publication Date Web July 16 2012 https pubs acs org doi abs 10 1021 nn302422x Arhiv originalu za 14 grudnya 2021 Procitovano 21 lyutogo 2019 Damien Voiry Aditya Mohite and Manish Chhowalla Phase engineering of transition Chem Soc Rev 2015 44 2702 2712 DOI 10 1039 c5cs00151j https pubs rsc org en content articlelanding 2015 cs c5cs00151j divAbstract 22 lyutogo 2019 u Wayback Machine A Castellanos Gomez M Barkelid A M Goossens V E Calado H S J van der Zant and G A Steele Laser Thinning of MoS2 On Demand Generation of a Single Layer Semiconductor Nano Lett 2012 12 6 pp 3187 3192 DOI 10 1021 nl301164v Dines M B Lithium intercalation via n butyllithium of layered transition metal dichalcogenides Mater Res Bull 10 287 291 1975 Joensen P Frindt R F amp Morrison S R Single layer MoS2 Mater Res Bull 21 457 461 1986 M A Py and R R Haering Structural destabilization induced by lithium intercalation in MoS2 and related compounds Can J Phys 1983 61 76 84 http www nrcresearchpress com doi abs 10 1139 p83 013 XHCzRsbgqCh 25 lyutogo 2019 u Wayback Machine Gordon R A Yang D Crozier E D Jiang D T amp Frindt R F Structures of exfoliated single layers of WS2 MoS2 and MoSe2 in aqueous suspension Phys Rev B 65 2002 Kirmayer S Aharon E Dovgolevsky E Kalina M amp Frey G L Self assembled lamellar MoS2 SnS2 and SiO2 semiconducting polymer nanocomposites Phil Trans R Soc A 365 1489 1508 2007 J Heising and M G Kanatzidis Exfoliated and Restacked MoS2 and WS2 Ionic or Neutral Species Encapsulation and Ordering of Hard Electropositive Cations J Am Chem Soc 1999 121 11720 11732 https pubs acs org doi abs 10 1021 ja991644d G Eda T Fujita H Yamaguchi D Voiry M Chen and M Chhowalla ACS Nano 2012 6 7311 7317 Frey G L Reynolds K J Friend R H Cohen H amp Feldman Y Solution processed anodes from layer structure materials for high efficiency polymer light emitting diodes J Am Chem Soc 125 5998 6007 2003 Bissessur R Kanatzidis M G Schindler J L amp Kannewurf C R Encapsulation of polymers into MoS 2 and metal to insulator transition in metastable MoS2 J Chem Soc Chem Commun 1582 1585 1993 Gordon R A Yang D Crozier E D Jiang D T amp Frindt R F Structures of exfoliated single layers of WS2 MoS2 and MoSe2 in aqueous suspension Phys Rev B 65 2002 Eda G et al Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2 Nano Lett 11 5111 5116 2011 Zeng Z Y et al Single layer semiconducting nanosheets high yield preparation and device fabrication Angew Chem Int Ed 50 11093 11097 2011 Zeng Z et al An effective method for the fabrication of few layer thick inorganic nanosheets Angew Chem Int Ed 51 9052 9056 2012 T Fujita Y Ito Y Tan H Yamaguchi D Hoko A Hirata D A Voiry M Chhowalla and M Chen Nanoscale 2014 6 12458 12462 H L Tsai J Heising J L Schindler C R Kannewurf and M G Kanatzidis Chem Mater 1997 9 879 882 D Voiry M Salehi R Silva T Fujita M Chen T Asefa V B Shenoy G Eda and M Chhowalla Nano Lett 2013 13 6222 6227 A Lerf and R Schoellhorn Inorg Chem 1977 16 2950 2956 Eda G et al Photoluminescence from chemically exfoliated MoS2 Nano Lett 11 5111 5116 2011 J Zheng H Zhang S Dong Y Liu C Tai Nai H Suk Shin H Young Jeong B Liu and K Ping Loh Nat Commun 2014 5 2995 Coleman J N et al Two dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials Science 331 568 571 2011 Smith R J et al Large scale exfoliation of inorganic layered compounds in aqueous surfactant solutions Adv Mater 23 3944 3948 2011 S H Su Y T Hsu Y H Chang M H Chiu C L Hsu W T Hsu W H Chang J H He and L J Li Small 2014 10 2589 2594 A Kutana E S Penev and B I Yakobson Nanoscale 2014 6 5820 5825 Lee Y H et al Synthesis of large area MoS2 atomic layers with chemical vapor deposition Adv Mater 24 2320 2325 2012 Y H Lee et al Shape Evolution of Monolayer MoS2 Crystals Grown by Chemical Vapor Deposition Adv Mater 24 2012 2320 S Najmaei et al Vapour phase growth and grain boundary structure of molybdenum disulphide atomic layers Nat Mater 12 2013 754 J Park et al Appl Phys Lett 106 2015 012104 L K Tan et al Nanoscale 6 2014 10584 J G Song et al ACS Nano 7 2013 11333 Z Jin et al Nanoscale 6 2014 14453 A Delabie et al Chem Commun 51 2015 15692 G Ham et al ACS Appl Mater Interfaces 5 2013 8889 LiteraturaWonbong Choi Nitin Choudhary Gang Hee Han Juhong Park Deji Akinwande Young Hee Lee Research review Recent development of two dimensional transition metal dichalcogenides and their applications Materials Today Volume 20 Issue 3 April 2017 Pages 116 130 Sajedeh Manzeli Dmitry Ovchinnikov Diego Pasquier Oleg V Yazyev amp Andras Kis 2D transition metal dichalcogenides Nature Reviews Materials volume 2 Article number 17033 2017 Kin Fai Mak amp Jie Shan Photonics and optoelectronics of 2D semiconductor transition metal dichalcogenides Nature Photonics volume 10 pages 216 226 2016 Div takozhGrafen

Дата публікації:
Топ