自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,从研究的主要方向和特点大致可划分为三个阶段:
第一阶段(1990年以前):主要是在实验室探索制备各种纳米材料的不同方法,研究评估表征的方法,探索纳米材料特殊的性能及其所具有的优点;研究对象一般为单一材料,也即国际上通常称呼的纳米晶或纳米相材料。1982年,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,让我们可以清晰地观测到原子,分子数量级的事物,对纳米科技的发展产生了明显的推动作用。1984年,德国物理学家得到了只有几个纳米大的超细粉末,同时发现无论是金属还是陶瓷,一旦变成纳米粉末,颜色均为黑的,其性能也发生了巨大的变化。
第二阶段(1990~1994年):在这个阶段人们主要关注于利用纳米材料已知的物理化学特性来设计纳米复合材料,也即主要探索复合材料的合成及其物理性质的研究。1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,因此碳纳米管迅速成为纳米技术研究的热点,被迅速开发并广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。
第三阶段(1994年至今):人们开始主要研究纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料。也即国际上所称呼的纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它主要是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,此次成功具有重大的意义,让人们有希望在20年后研制出速度和存储容量比现在提高成干上万倍的量子计算机;近年来,越来越多的国家开始重视纳米技术,并开始投入巨资以期望取得研究的领先地位。1998年我国用非水热合成法(催化热解法),从四氯化碳制备出金刚石纳米粉,被誉为“稻草变黄金”;1999年,在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面,这帮助我国成功组装出世界上最细的扫描隧道显微镜用探针。
纳米粒子所具有的尺寸效应、表面效应以及与聚合物强的界面相互作用使得使得纳米二维材料具有良好的光、电、磁等性质,这些性质对于开发高性能聚合物合金、塑料等新型功能复合材料具有非常重要的影响。我们又知道,二维半导体材料具有非常特殊的物理性质,这也让它成为了纳米交叉学科中的研究重点。石墨烯是目前研究最为广泛的一种二维材料,但其缺点就是带隙为零,这也限制了它在许多领域中的应用。而金属硫化物既具有半导体带隙,结构又与石墨烯类似,就迅速吸引了大量学者的目光。这些二维半导体材料具有高度各向异性的结构,制作的光电器件具有优越的性能,并且可以设计复杂的器件结构。于是人们开始研究更多新的二维半导体材料,并努力设计各种新的结构和器件。
2 过渡金属二硫化物及三硫化钛的研究现状
2.1研究现状
2.2二维过渡金属二硫化物的制备方法
2.2.1剥离法
人们最开始最传统制备石墨烯的方法就是机械剥离法,这也是获得单层MoS2最简单、最原始的方法,这种方法的有点就在于获得的样品缺陷少,可用于研究其基本物理性质,但是缺点就是样品产量低,并不适合大规模的生产。
液相剥离法就是把目标层状材料放置于表面与其接近的溶液中,并且该溶液对MoS2具有相对好的分散度和溶解性,然后经过大功率超声波的处理,单层MoS2就会从块体上剥离下来。Jonathan N等[13]利用此方法得到质量浓度为0.3 mg/mL的MoS2溶液。液相剥离法相比于前面提到的机械剥离法,优点在于此方法可用来大量制备样品,但是缺点就在于选择溶液的难点,需要考虑到溶液的表面张力、渗透性等一系列因素,而且得到的样品的纯度相比于机械剥离法会略低一些。