钒掺杂二硫化钨纳米材料

近年来，过渡金属硫化物二硫化钨因其特殊的层状结构成为非常热门的材料。WS₂材料具有良好的光、电、润滑、催化等性能，在燃料电池、太阳能电池、发光二极管、传感器、锂离子电池、超级电容器、温差电敏器件、润滑剂和存储器等方面应用非常广泛。

由于WS₂材料在光电导、发光、生物传感器件、场效应管和光催化领域有着潜在的应用，因此它的能带结构对于其应用有着直接的影响。掺杂是半导体器件或集成电路工艺中最重要的工艺环节之一，通过杂质种类的筛选和掺杂水平的调节，实现半导体光电特性的可控。最近，人们研究发现在非磁性的半导体材料中掺入少量3d族过渡金属元素或4f族稀土金属元素将获得具有铁磁性能的新型功能材料，这种新型半导体材料被称为稀磁半导体(DMS)。

由于杂质原子的引入，改变了原有半导体的微观机制，使其在电、磁等方面展现出极其独特的性质，并且由于它兼有半导体和铁磁的性质，即在一种材料中同时应用电子电荷和自旋两种自由度，则易于将半导体的信息处理与磁性材料的信息存储功能融合在一起，有望在自旋电子器件中发挥重要的作用。

目前，国内外对掺杂改善半导体材料的性能方面的研究主要集中在理论计算上，但也有少量的研究集中在材料的制备及相关应用性能上。如中国科学研究院的刘维民教授研究团队针对掺杂对WS₂薄膜在真空或潮湿空气条件下的摩擦学性能展开了一系列的研究，研究了Cu、Ag和Ni三种不同的金属元素掺杂后对WS₂薄膜的摩擦学性能的影响，实验结果发现掺杂能显著提高WS₂薄膜的减摩和抗磨性能，他们所采用的制备方法是直接将掺杂的金属材料与WS₂通过溅射的方法形成薄膜。例如，将钒掺杂二硫化钨纳米材料。

将0.5g黄钨酸与10.2mg钒粉和15.2g硫脲混合后用研钵研磨20min，将研磨后的粉体装入瓷舟；开启管式炉，同时通入氩气，待管式炉升温至650℃时打开管式炉出口端法兰盘，将瓷舟迅速推入管式炉中央热区位置，并封上法兰盘；再以10℃/min的速率将管式炉升温至950℃,恒温处理30min；然后，自然冷却到室温，得到黑灰色粉末,即为钒掺杂二硫化钨纳米片材料。

用钒掺杂二硫化钨纳米片材料制备的薄膜，经过检测发现其减摩和抗磨性能比单独采用二硫化钨制备的薄膜得到了显著的进步，完全符合要求。

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