[发明专利]无机分子晶体封装二维材料的结构及其封装与解封装方法

说明书

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种使用无机分子晶体封装二维材料的结构及其封装与解封装方法。本发明封装方法包括以下步骤：(1)将无机分子晶体升华形成气态无机分子氛围；(2)使气态无机分子在二维材料表面沉积形成保护层。本发明利用无机分子晶体材料为升华源，由于分子晶体之间较弱的作用力，在高真空环境中，较低温度下即可升华，将其沉积到二维材料表面进行封装，所得封装层与二维材料之间通过范德华力相连接，避免改变二维材料表面化学状态，可实现二维材料的无损伤封装，易于实现大规模制备和器件集成，充分利用无机分子晶体的性能，可实现不同二维材料的封装，具有普适性，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种使用无机分子晶体封装二维材料的结构及其封装与解封装方法。

背景技术

由于二维材料具备超高的迁移率、增强的光相互作用以及机械柔性等一系列独特物理化学性质，被认为是最具潜力的先进光电子器件的材料基础之一，极大的吸引了研究者的兴趣。但当材料的某一维度降低到原子级别时，随着表面的占比显著提高，其稳定性将被表面所具有的化学状态及其与环境中分子的相互作用所剧烈影响。因此较多二维材料在大气环境中将发生降解失效现象，而目前对于二维材料的研究主要仍集中于少数几种在具有较强稳定性与化学惰性的二维材料中。

对二维材料的裸露表面进行封装是一种克服其在大气环境中不稳定性的有效策略。目前已被报道的封装方法主要有：使用原子层沉积获得氧化层，涂覆高分子材料，转移氮化硼、石墨烯等稳定二维材料到需保护的二维材料表面。然而以上方法分别具有改变二维材料的原始化学状态，稳定性差且残余污染多以及操作复杂，难实现规模化的缺点。同时以上方法在封装后均无法有效实现解封装过程而获得原始纯净的二维材料。

为了有效便捷地实现对二维材料的优良保护效果。所使用的封装策略需满足以下几方面的要求：制备方法简单，具有普适性且易于规模化；避免对二维材料产生破坏；可实现解封装过程以便于探究原始二维材料的性能。开发一种满足以上所述要求的封装与相应解封装方法对于扩展二维材料的研究范围，丰富二维领域的材料体系，拓宽二维材料的工作条件，以及研究二维材料的本征性能等诸多方面具有重大的意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种利用无机分子晶体材料为升华源，将其沉积到二维材料表面进行封装，所得封装层与二维材料之间通过范德华力相连接，可实现二维材料的无损伤封装。本发明的详细技术方案如下所述。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种二维材料的封装方法，包括以下步骤：

(1)将无机分子晶体升华形成气态无机分子氛围；

(2)使气态无机分子在二维材料表面沉积形成无机分子晶体保护层。

所述无机分子晶体以分子团簇为基本组成单元，分子团簇之间以较弱的范德华力相连接，从而实现低压环境下，在较低的温度实现沉积与升华，从而避免对二维材料表面物理化学状态的破坏。

作为优选，所述无机分子包括Sb₂O₃、S₈、P₄Se₃、GeI₄中的一种。

作为优选，所述二维材料为石墨烯、MoS₂、WSe₂、TaS₂中的一种。

作为优选，所述步骤(1)中无机分子晶体升华压强为10^-6-1Torr。

作为优选，所述步骤(2)的沉积温度为600℃以下，优选为200-600℃。

作为优选，所述封装方法通过真空加热设备实现升华和沉积。

作为优选，所述真空加热设备为真空镀膜机，所述真空镀膜机能够控制沉积速率与沉积时间。