制备二硫化钨薄膜的化学方法

用化学方法制备二硫化钨（WS₂）薄膜的两种常见方法是化学气相沉积（CVD）和在高温高压条件下用水热法从水溶液中生长单晶WS₂。CVD是用于制备WS₂的最常用方法。CVD方法涉及一个反应过程，其中气态前体在固体表面发生化学反应，生成固体沉积物。

通过CVD制备WS₂可以使用一步法或两步法实现。一步法包括在CVD炉中直接加热硫和钨源，然后控制载气流量，然后在目标基片上沉积WS₂薄膜。一个常用的钨源是WO₃，其中发生2WO₃ + 7 S → WS₂ + 3 SO₂的反应。

最常用的基材是硅、铜和石英玻璃。两步法包括在目标基底上沉积钨或钨化合物薄膜，然后在CVD炉中进行硫化，合成WS₂薄膜。通常，沉积是通过电子束蒸发或磁控溅射在基材上进行的。例如，Carlo等通过磁控溅射制备W薄膜，然后对其进行硫化。他们的实验结果表明，通过控制W薄膜的初始沉积厚度可以高度控制层数，使用这种方法可以在大面积上制备WS₂薄膜。CVD可以通过控制温度和载气流量的变化来精确控制WS₂薄膜的厚度和尺寸。

利用CVD可以合成高质量的二硫化钨薄膜，具有良好的光学和电气性能。此外，两步法还可以实现大规模薄膜的制备，从而克服了一步法的缺点。然而，这种方法仍有缺点，如需要高的基材温度和相对昂贵的设备。

水热法是一种典型的湿化学制备方法。对于制备WS₂颗粒，可以使用以下有代表性的过程。首先，将10毫摩尔的Na₂WO₄，2H₂O和10毫摩尔的Na₂S溶解在50毫升的去离子水中，并连续搅拌30分钟，形成透明的溶液。然后将该溶液转移到水热反应器中，在220℃下进行5小时。

（图片来源：Rosanna Mastria et al/Nature）

最后，在75◦C真空干燥后收集WS₂颗粒。这种方法已被广泛用于二维纳米材料的制备，特别是WS₂颗粒。水热法的优点是纯度高，形成的颗粒结晶度高，操作参数容易控制。然而，在设备中使用时，薄膜的厚度无法控制，而且反应过程不明显。

文章来源：Ding J, Feng A, Li X等， 二硫化钨的性能、制备和应用 - 综述 [J]. 应用物理学, 2021, 54 (17): 173002.

• < 上页
• 下页 >