CN107119319A - 一种碘化亚铜二维材料、制备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碘化亚铜二维材料的制备方法，所述的碘化亚铜纳米片及其垂直异质结不仅丰富了新的二维材料及异质结的种类，而且也为发现新的电子、光电子器件设备提供了新的可能。这一方法包括以下步骤：将盛有碘化亚铜粉末的瓷舟放在管式炉的恒温区，用空的或长有硒化钨、硫化钨的Si/300nmSiO2作为纳米片的生长基片，置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。用氩气作为载气，调节氩气的流量为10‑225sccm，设置恒温区温度为360‑470℃，恒温1‑40min即可获得碘化亚铜二维材料。硒化钨、硫化钨纳米片的制备方法与上述步骤相同。本发明制备的碘化亚铜纳米片厚度有1‑300nm，大小为1‑5μm，具有规则的三角形和六边形的形貌，结晶性好而且异质结制备方法简单。

Description

一种碘化亚铜二维材料、制备及其应用
技术领域
本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种制备碘化亚铜纳米片、碘化亚铜-二维材料垂直异质结的方法。
背景技术
石墨烯的发现引发了科学界对二维材料的研究热潮。近年来，人们研究的二维材料及异质结大多集中在氮化硼和过渡金属硫属化合物(TMDs)上。为了进一步探索其他新的二维材料，金属碘化物由于与TMDs有着相似的结构而逐渐受到关注。
碘化亚铜作为一种I-VII的碘化物材料，不仅丰富了二维材料的种类，而且也为发现新的电子学和光电学性能提供了新的机会。碘化亚铜具有α、β和γ三种晶相：当温度高于407℃时，碘化亚铜以立方结构(α-碘化亚铜)形式稳定存在，是一种以Cu+为主的混合导体；纤锌矿结构(β-碘化亚铜)则在369-407℃温度区间存在，也是一种离子导体；而当温度低于369℃时，则是以γ-碘化亚铜形式稳定存在，两种离子都为四面体配位，是一种P型半导体，具有良好的光学性质和电学性质。
由于其优异的性能，γ-碘化亚铜半导体具有广泛的应用。碘化亚铜作为一种良好的固体电解质，其在可见光范围内透明。碘化亚铜因合成成本低，使其在光染料敏化太阳能电池方面得到广泛应用。碘化亚铜可以代替昂贵的金属钯等元素，作为很多有机合成的重要催化剂，并取得高的有机转化率和产率。碘化亚铜为空穴收集体(即作为光阴极)来制备固态染料敏化光伏电池。碘化亚铜作为一种快的无机闪烁晶体，发光衰减时间仅为90皮秒。基于块体碘化亚铜的广泛应用，二维碘化亚铜及其异质结也具备巨大潜力。
尽管碘化亚铜纳米片具有如此大的潜能，但目前来说制备出多种厚度，形貌规则且结晶性好的碘化亚铜纳米片尚有待研究。现存的物理和化学方法所制备的碘化亚铜纳米材料大多为纳米颗粒、纳米棒和薄膜，只有少数聚合物或还原剂辅助的化学方法制备得到了碘化亚铜纳米片[1，2]。现有的这些方法得到的纳米片大多数为截角的三角形和不规则的六边形，大小为100nm到几微米不等，厚度为60-90nm。但是这些方法均存在实验过程复杂、可控性差、产品较厚且形貌不规则等问题。异质结的制备方法较复杂，为其他范德华异质结的制备仅提供了参考[3，4]。
参考文献
[1]Xu Y，Chen D，Jiao X，et al.PEG-assisted fabrication of single-crystalline CuI nanosheets：a general route to two-dimensional nanostructuredmaterials.The Journal ofPhysical Chemistry C，2007，111(1)：6-9.
[2]Zhang B，Xie A，Shen Y，et al.Morphogenesis of CuI Nanocrystals by aTSA-Assisted Photochemical Route：Synthesis，Optical Properties，and GrowthMechanism.European Journal of Inorganic Chemistry，2009，2009(10)：1376-1384.
[3]Cheng R，Li D，Zhou H，et al.Electroluminescence and photocurrentgeneration from atomically sharp WSe2/MoS2 heterojunction p-n diodes.Nanoletters，2014，14(10)：5590-5597.
[4]Georgiou T，Jalil R，Belle B D，et al.Vertical field-effecttransistor based on graphene-WS2heterostructures for flexible and transparentelectronics.Nature nanotechnology，2013，8(2)：100-103.
发明内容
本发明的第一个目的在于解决现有制备方法存在制得的纳米片厚、形貌不均一、结晶性差、形貌差等技术问题，本发明提供了一种碘化亚铜二维材料的制备方法，通过更换基底，可制得碘化亚铜纳米片和碘化亚铜异质结产品。
本发明的第二目的在于提供采用所述的制备方法制得的碘化亚铜二维材料，具体包括所制得的碘化亚铜纳米片、碘化亚铜异质结。
本发明的第三目的在于提供所述制备方法制得的碘化亚铜二维材料的应用，将其应用于电学、光电学器具的制备；进而提升制得的元件的性能。
一种碘化亚铜二维材料的制备方法，将碘化亚铜粉末在360-470℃的温度、10-225sccm的载气流量下物理气相沉积在基底表面，制得碘化亚铜纳米片；或物理气相沉积在长有二维材料A的基底表面，制得垂直异质结碘化亚铜-二维材料A。
本发明中，在所述的载气流量以及生长温度下，通过物理气相沉积可一步制得碘化亚铜二维材料。本发明独创性地采用所述条件下的PVD法制备出高质量的非层状的碘化亚铜二维材料。
本发明沉积所需的基底温度较低，可以在保证材料的性能不下降的前提下获得性能优良的产品；沉积过程易于操作，产品成分易于控制，且不存在废弃溶液和气体的污染。因此，本发明采用物理气相沉积方法来制备碘化亚铜纳米片和垂直异质结碘化亚铜-二维材料A。采用该物理气相沉积方法仅需将碘化亚铜粉末和沉积基底分别放在管式炉的恒温区和变温区，氩气连续通入体系中，在合适的实验条件下即可得到沉积在基底上的碘化亚铜纳米片和垂直异质结碘化亚铜-二维材料A。本发明技术方案有效克服了现有制备方法复杂、实验过程难以控制等问题，得到的材料具有厚度较薄、形貌规则且结晶性好的优点。
本发明中，通过气相沉积中的基底的选择，可采用本发明所述的制备方法制备纳米片材料，或者异质结材料。
本发明人发现，在制备碘化亚铜纳米片时，在合适的生长温度和载气流量下，有助于改善制得的碘化亚铜纳米片的形貌、控制制得的纳米片厚度、改善材料的结晶性能等。
作为优选，制备碘化亚铜纳米片的过程中，将碘化亚铜粉末在360-410℃的温度、100-225sccm的载气流量下气相沉积在基底表面，在基底表面形成碘化亚铜纳米片。
本发明人发现，制备碘化亚铜纳米片的过程中，优选的生长温度为360-410℃；优选的载气流量为100-225sccm；在该优选的生长温度和载气流量的协同下，可制得形貌均一性好、厚度可控、结晶性好的碘化亚铜纳米片。
通过本发明所述的碘化亚铜纳米片的制备方法，可制备出不同厚度的碘化亚铜纳米片，且制备的碘化亚铜纳米片为单晶，结晶性好，形貌好。
进一步优选，制备碘化亚铜纳米片的过程中，优选的生长温度为360-390℃；优选的载气流量为200-225sccm。本发明人发现，在该优选的条件下制得的纳米片的性能更优。
本发明中，制备碘化亚铜纳米片的过程中，在所述优选的生长温度和载气流量下，物理气相沉积时间优选为10-40min；进一步优选为10-20min。
作为优选，所述的基底为Si/SiO2基底、蓝宝石基底或云母基底；进一步优选为Si/300nmSiO2基底。
作为优选，基底与碘化亚铜原料粉末的距离优选为8-10cm；也可理解为：放置有基底的瓷舟和放置有碘化亚铜原料粉末的瓷舟距离为8-10cm。
当放置有基底的瓷舟和放置有碘化亚铜原料粉末的瓷舟距离较近时，制备的碘化亚铜纳米片样品较少且较厚；当两瓷舟距离较远时，制备的大多数碘化亚铜纳米片样品形貌不规则、水平尺寸较小，且样品周围沉积有较多颗粒。然而，在本发明所述的距离下，可有助于沉积得到良好性能的二维材料。
进一步优选，基底与碘化亚铜原料粉末的距离为8-9cm。
本发明一种优选的碘化亚铜纳米片的制备方法，将盛有碘化亚铜粉末的瓷舟放在管式炉的恒温区，用Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度，恒温区和变温区的瓷舟距离为8-10cm；用氩气作为载气，调节氩气的流量为100-225sccm，设置恒温区温度为360-410℃，恒温10-40min即可获得碘化亚铜纳米片。
本发明还包括所述的方法制得的碘化亚铜纳米片，厚度为1-300nm，大小为1-5μm。所述的碘化亚铜纳米片具有三角形和六边形的规则形貌，且结晶度高。
本发明制得的碘化亚铜纳米片的性能优势为纳米片具有十分规则的三角形、六边形的形貌和较薄的厚度，其中最薄的厚度为1.0nm，为单层，而现有技术中制得的纳米片大多数为截角的三角形和不对称的六边形，且纳米片最薄的厚度为60nm。
本发明所述的碘化亚铜二维材料的制备方法的另一应用，采用该制备方法，继续在沉积有二维材料的基底表面沉积碘化亚铜，制得碘化亚铜垂直异质结。
本发明独创性地材料PVD法来制备碘化亚铜异质结，本发明人通过研究发现，合适的生长温度以及载气流量下，可进一步提升制得的异质结的性能。
本发明中，制备垂直异质结碘化亚铜-二维材料A制备过程中，碘化亚铜粉末的成长温度为430～470℃；载气流量为10～150sccm。
本发明人发现，在制备碘化亚铜垂直异质结的过程中，在430～470℃的优选成长温度以及10～150sccm的优选载气流量下，制得的异质结的性能更好。在该优选条件下制得的异质结形貌规则且厚度适中。
作为优选，在制备碘化亚铜垂直异质结的过程中，碘化亚铜粉末的成长温度为450～460℃；载气流量为100～150sccm。本发明人发现，在该优选的条件下制得的异质结的性能更优。
优选的制备碘化亚铜垂直异质结的制备过程中，优选的物理气相沉积时间为1-5min。
进一步优选，二维材料A为WSe2或WS2。采用所述的制备方法，可制得垂直异质结CuI/WSe2或垂直异质结CuI/WS2。
在基底表面气相沉积WSe2或WS2纳米片的方法可选有现有常规方法。
本发明所述碘化亚铜二维材料的制备方法，在制备碘化亚铜垂直异质结过程中，合适的生长温度、载气流量下有助于改善制得的垂直异质结的性能。
更进一步优选，垂直异质结CuI/WSe2或垂直异质结CuI/WS2制备过程中，碘化亚铜粉末的成长温度为450℃；载气流量为100～150sccm；沉积时间为1-5min。
本发明实施所述制备方法的气相沉积装置，包括石英管，所述的石英管的中部腔室为高温恒温区，CuI原料粉末放置在高温恒温区，所述的装置还设置有加热所述高温恒温区的加热装置；所述的石英管的一端的腔室为变温沉积区，基底和/或沉积有WSe2或WS2的基底放置在变温沉积区域；
所述的石英管二端均设置有气孔，其中，靠近变温沉积区的气孔为出气孔；相对端的气孔为进气孔。
本发明一种更为优选的异质结的制备方法，采用长有硒化钨和硫化钨纳米片的Si/300nmSiO2作为基底，用将碘化亚铜粉末放置在恒温区，将基底置于沉积区，调节氩气流量为150sccm，设置恒温区温度为450℃，恒温1-5min即可制备出碘化亚铜/硒化钨，碘化亚铜/硫化钨垂直异质结。
本发明一种优选的碘化亚铜纳米片及垂直异质结的方法，具体步骤为：
步骤1)将盛有碘化亚铜粉末的瓷舟放于炉子的恒温区，将Si/300nmSiO2作为基片置于炉子的变温区，并将炉子两端封装起来；
步骤2)往炉子中通入一定量的氩气至体系的气氛为纯氩气环境；
步骤3)将炉子升高到360-410℃，并调节氩气流量为100-225sccm，恒温10-40min，在距离源8cm-10cm的硅片上生成碘化亚铜纳米片；
步骤4)将原料更换为硒化钨粉末，重复步骤3)步骤(生长温度为1200℃，气流为100sccm，时间为8min)，在Si/300nmSiO2上得到硒化钨纳米片。
步骤5)将原料更换为硫化钨粉末，重复步骤3)步骤(生长温度为1180℃，气流为50sccm，时间为8min)，在Si/300nmSiO2上得到硫化钨纳米片。
步骤6)将原料更换为碘化亚铜粉末，生长基底更换为步骤4)或5)制得的长有硒化钨和硫化钨纳米片的Si/300nmSiO2，将炉子升高到450℃，并调节氩气流量为150sccm，恒温1-5min，得到碘化亚铜/硒化钨和碘化亚铜/硫化钨垂直异质结。
采用本发明制备方法，碘化亚铜可选择性地生长在硒化钨和硫化钨纳米片上，制得垂直异质结。
本发明还包括采用所述的制备方法制得的碘化亚铜垂直异质结，为垂直异质结CuI/WSe2、CuI/WS2。
本发明还包括一种制得的所述的碘化亚铜二维材料的应用，将其应用于电学、光电学器件的制备中。制备的方法可参考现有常规方法。
本发明的有益效果为：
本发明独创性地制得了非层状的碘化亚铜的二维材料，此外，通过成长温度、载气流量、沉积时间及基底与源的距离等参数的协同控制，能进一步改善制得的二维材料的性能，如提高二维材料的规整性、降低二维材料的厚度、提高二维材料的结晶性等。
本方法能有效合成碘化亚铜纳米片，得到的纳米片具有不同厚度、形貌规则、结晶性高的特点，同时该方法也能简单制备出碘化亚铜/硒化钨，碘化亚铜/硫化钨垂直异质结。该方法操作过程简单，重现性较好。
本发明制备的碘化亚铜纳米片厚度范围在1-300nm，大小在1-5μm，具有三角形和六边形的规则形貌，且结晶度高。在制备的碘化亚铜/硒化钨和碘化亚铜/硫化钨垂直异质结中碘化亚铜能够选择性地生长在硒化钨和硫化钨纳米片上。
本发明制备过程中无复杂的操作步骤、无有毒原料的使用，绿色环保，且设备简单，可操作性强，具有巨大的发展潜力。
本申请的PVD方法使用的仪器操作简单、参数变量少、可控性好等，且在所述的PVD条件协同下，制备非层状材料(立方晶体γ-CuI的(111)面的结构图如图1所示，其中图1a为碘化亚铜立方晶体的(111)面的侧视图，图1b为碘化亚铜立方晶体的(111)面的俯视图)，并且最终得到的非层状的碘化亚铜纳米片产品具有规则的形貌、更薄的厚度和高的结晶性，达到了意料之外的效果。
本发明采用的物理气相沉积制备方法所使用的仪器操作简单方便，实验过程不繁琐，实验变量少，可控性好，得到的产品的形貌规则、厚度可控且结晶性好，并且首次制得了单层的碘化亚铜纳米片和CuI/WSe2、CuI/WS2垂直异质结。
附图说明
图1为立方晶体γ-CuI的(111)面的结构图；其中，a为碘化亚铜立方晶体的(111)面的侧视图，图1b为碘化亚铜立方晶体的(111)面的俯视图；
图2为制备碘化亚铜纳米片及异质结的装置示意图；
图3为实施例1制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图；
图4为实施例2制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图；
图5为实施例3制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图；
图6为实施例4制备的碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的光学示意图；
图7为实施例5制备的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的光学示意图；
图8为实施例6制备的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的光学示意图。
图9为对比例1制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图；
图10为对比例2制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图；
图11为对比例3制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图；
图12为对比例4制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施案例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，本发明的内容不仅仅局限于下述内容。
以下实施例以及对比例进行物理气相沉积的装置示意图见图2；其中，1表示熔炉，2表示充满氩气的水平石英管，3表示盛有碘化亚铜粉末的瓷舟，4表示载有Si/300nmSiO2基底的瓷舟。
实施例1
碘化亚铜纳米片的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管的恒温区。用一小块Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，并置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先用氩气将石英管冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后将炉子快速升高到360℃，并且调节氩气流量为225sccm，恒温35min，在距离源9em的硅片位置上就会有单晶碘化亚铜纳米片生成。制备碘化亚铜纳米片的实验装置图如图2所示(炉内颜色为红色且从中心到两侧逐渐变淡)，制备出的碘化亚铜纳米片的光学照片如图3所示。
图3为制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为红色，碘化亚铜纳米片颜色多数为红色，少数为紫色、蓝色、黄色、橙色和绿色。从图中可以清晰地看到，得到的碘化亚铜纳米片大多数呈现出了规则的三角形的形貌。而且红色的纳米片为单层，其厚度为1nm，其他纳米片厚度为4-148nm，大小均为2-5μm。图3中的标尺为10μm。
实施例2
碘化亚铜纳米片的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管的恒温区。用一小块Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，并置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先用氩气将石英管冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后将炉子快速升高到390℃，并且调节氩气流量为225sccm，恒温10min，在距离源9cm的硅片位置上就会有单晶碘化亚铜纳米片生成。制备碘化亚铜纳米片的实验装置图如图2所示(炉内颜色为红色且从中心到两侧逐渐变淡)，制备出的碘化亚铜纳米片的光学照片如图4所示。
图4为制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为红色，不同的碘化亚铜纳米片具有不同的颜色，分别为蓝色、黄色、橙色、红色、绿色等，这是由于厚度不同而造成的多种光学干涉。从图中可以清晰地看到，得到的碘化亚铜纳米片呈现出了规则的三角形和六边形的形貌。这些纳米片的厚度为27-160nm，大小为1-5μm。图4中的标尺为10μm。
实施例3
碘化亚铜纳米片的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管的恒温区。用一小块Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，并置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先用氩气将石英管冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后将炉子快速升高到410℃，并且调节氩气流量为200sccm，恒温20min，在距离源8em的硅片位置上就会有单晶碘化亚铜纳米片生成。制备碘化亚铜纳米片的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜纳米片的光学照片如图5所示。
图5为制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为紫色，碘化亚铜纳米片颜色多数为绿色，极少数为黄色和橙色。从图中可以清晰地看到，得到的碘化亚铜纳米片呈现出了规则的三角形的形貌。这些纳米片的厚度为207-300nm，大小为2-5μm。图5中的标尺为10μm。
异质结的制备过程中，可采用现有成熟方法在基底上成长硒化钨、硫化钨纳米片；以下实施例及对比例中，例如，硒化钨在生长温度为1200℃，气流为100sccm，时间为8min的参数条件下在Si/300nmSiO2上得到硒化钨纳米片；
硫化钨例如在生长温度为1180℃，气流为50sccm，时间为8min的参数条件下在Si/300nmSiO2上得到硫化钨纳米片。
实施例4
碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管中，位置在炉子的恒温区。用一小块长有硒化钨纳米片的Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先将炉子用氩气冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后快速将炉子升高到450℃，并且调节氩气流量为150sccm，恒温2min，在距离源9em的硅片位置上就会有碘化亚铜/硒化钨垂直异质结生成。制备碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的光学照片如图6所示。
图6为制备的碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为浅紫色，下面的硒化钨为深紫色，上面的六边形碘化亚铜为绿色。从图中可以清晰地看到，碘化亚铜纳米片可以选择性地生长在硒化钨的不同位置上，所述的碘化亚铜完全或部分覆盖在底层的硒化钨表面，得到的碘化亚铜/硒化钨垂直异质结形貌较好。图6中的标尺为2μm。
实施例5
碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管中，位置在炉子的恒温区。用一小块长有硫化钨纳米片的Si/300nm SiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先将炉子用氩气冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后快速将炉子升高到470℃，并且调节氩气流量为150sccm，恒温2min，在距离源9cm的硅片位置上就会有碘化亚铜/硫化钨垂直异质结纳米片生成。制备碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的光学照片如图7所示。
图7为制备的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为橙色，下面的硫化钨为红色，上面的六边形碘化亚铜为黄色。从图中可以清晰地看到，碘化亚铜纳米片可以选择性地生长在硫化钨的不同位置上，所述的碘化亚铜完全或部分覆盖在底层的硫化钨表面，得到的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结形貌较好。图7a、7b中的标尺分别为5μm和2μm。
实施例6
碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管中，位置在炉子的恒温区。用一小块长有硫化钨纳米片的Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先将炉子用氩气冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后快速将炉子升高到430℃，并且调节氩气流量为10sccm，恒温5min，在距离源9cm的硅片位置上就会有碘化亚铜/硫化钨垂直异质结生成。制备碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的光学照片如图8所示。
图8为制备的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为橙色，下面的硫化钨分别为紫色和红色，上面的三角形和六边形分别为黄色和绿色。从图中可以清晰地看到，碘化亚铜纳米片可以选择性地生长在硫化钨的不同位置上，得到的碘化亚铜/硫化钨垂直异质结形貌较好。图8中的标尺5μm。
对比例1
碘化亚铜纳米片的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管的恒温区。用一小块Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，并置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先用氩气将石英管冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后将炉子快速升高到355℃，并且调节氩气流量为200sccm，恒温20min，在距离源10cm的硅片位置上得到的样品多数均不成形，仅有个别较小碘化亚铜纳米片。制备碘化亚铜纳米片的实验装置图如图2所示，制备出的产品的光学照片如图9所示。
图9为制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为紫色，碘化亚铜产品颜色多数为蓝色，极少数为绿色。从图中可以看到，得到的产品大多数均不成形。图9中的标尺为10μm。
对比例2
碘化亚铜纳米片的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管的恒温区。用一小块Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，并置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先用氩气将石英管冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后将炉子快速升高到480℃，并且调节氩气流量为150sccm，恒温5min，在距离源9cm的硅片位置上得到的样品形貌不规则，颜色不均匀且较厚。制备碘化亚铜纳米片的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜纳米片产品的光学照片如图10所示。
图10为制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为紫色，碘化亚铜纳米片颜色为不均匀的黄色和绿色。从图中可以看到，得到的碘化亚铜产品形貌不规则且十分厚。产品大小为2-10μm。图10中的标尺为10μm。
对比例3
碘化亚铜纳米片的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管的恒温区。用一小块Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，并置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先用氩气将石英管冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后将炉子快速升高到410℃，并且调节氩气流量为200sccm，恒温10min，在距离源10.5cm的硅片位置上制得单晶碘化亚铜纳米片。与实施例3相比，该条件下得到的样品形貌不规则，水平尺寸较小且样品周围沉积有较多的颗粒。制备碘化亚铜纳米片的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜纳米片产品的光学照片如图11所示。
图11为制备的碘化亚铜纳米片的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为紫色，碘化亚铜纳米片颜色为红色、橙色、黄色和蓝色。从图中可以看到，得到的大多数的碘化亚铜产品形貌不规则，且沉积有较多颗粒。产品的水平大小在2μm以下。图11中的标尺为10μm。
对比例4
碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的制备：在小瓷舟中加入0.5g碘化亚铜粉末，然后将其装入直径为一英寸的水平石英管中，位置在炉子的恒温区。用一小块长有硒化钨纳米片的Si/300nmSiO2的氧化硅片作为纳米片的生长基片，放在另外一个瓷舟中，置于炉子下游的变温区以获得适当的晶体生长温度。在生长之前，首先将炉子用氩气冲洗干净，以除去其中的氧气，水蒸气。然后快速将炉子升高到485℃，并且调节氩气流量为150sccm，恒温2min，在距离源8cm的硅片位置上就会有碘化亚铜/硒化钨垂直异质结样品生成。制备碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的实验装置图如图2所示，制备出的碘化亚铜/硒化钨垂直异质结样品的光学照片如图12所示。
图12为制备的碘化亚铜/硒化钨垂直异质结的光学示意图，Si/SiO2基底颜色为浅紫色，下面的硒化钨被碘化亚铜完全覆盖。从图中可以清晰地看到，在该条件下得到的样品中碘化亚铜均完全覆盖硒化钨、形貌不规则且厚度不均匀。图12中的标尺为10μm。
由实施例1～6及对比例1～4研究成果获知，未在本发明的生长温度等参数下，难于制得性能优良的碘化亚铜二维材料。

Claims (10)

1.一种碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，将碘化亚铜粉末在360-470℃的温度、10-225sccm的载气流量下物理气相沉积在基底表面，制得碘化亚铜纳米片；或物理气相沉积在长有二维材料A的基底表面，制得垂直异质结碘化亚铜-二维材料A。
2.如权利要求1所述的碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，将碘化亚铜粉末在360-410℃的温度、100-225sccm的载气流量下气相沉积在基底表面，在基底表面形成碘化亚铜纳米片。
3.如权利要求2所述的碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，物理气相沉积时间为10-40min。
4.如权利要求1所述的碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，垂直异质结碘化亚铜-二维材料A制备过程中，碘化亚铜粉末的成长温度为430-470℃；载气流量为10-150sccm。
5.如权利要求1或4所述的碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，二维材料A为WSe2或WS2。
6.如权利要求5所述的碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，在制备碘化亚铜垂直异质结的过程中，碘化亚铜粉末的成长温度为450-460℃；载气流量为100-150sccm；沉积时间为1-5min。
7.如权利要求1所述的碘化亚铜二维材料的制备方法，其特征在于，基底与碘化亚铜原料粉末的距离为8-10cm。
8.一种权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的碘化亚铜二维材料，其特征在于：为碘化亚铜纳米片，厚度为1-300nm，大小为1-5μm。
9.一种权利要求5或6所述的制备方法制得的碘化亚铜二维材料，其特征在于：为垂直异质结CuI/WSe2或CuI/WS2。
10.一种权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的碘化亚铜二维材料，其特征在于：将其应用于电学、光电学器件的制备中。
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