一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法

：本发明涉及分散液中二维材料纳米片在目标衬底上的分散技术，具体为一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，利用衬底盖在位于目标基底上的分散液上抑制二维材料纳米片团聚，适于分散液中二维材料的形貌、尺寸、厚度统计，结构表征和器件测试。

背景技术

0、背景技术：

1、以石墨烯的代表的原子级厚度的二维材料，由于达到二维极限表现出诸多迥异于其对应三维母相的独特性质，期望应用于能量存储、催化、柔性器件、传感器等多个领域。目前在研究的二维材料大多为范德华层状材料，这类材料一般可通过两种途径获得。一种是自下而上：通过小分子合成获得；另一种是自上而下：通过剥离对应三维母相获得。其中自上而下因为原材料储量丰富、易量产，被广泛应用于能量存储等领域。然而，通过自上而下法获得的二维材料纳米片一般分散在水或有机溶剂中保存。而改方法获得的二维材料纳米片的厚度、尺寸一般存在一定的分布范围，然而因为不同厚度或长径比往往意味着二维材料不同的性质特点，这些基本信息对认识其物性或探索潜在应用都至关重要。要想完成对二维材料纳米片尺寸、厚度等大量准确统计，人们一般通过将其分散至目标衬底上。此外，分散在目标衬底上的二维材料纳米片不仅可以用于对其厚度、尺寸等信息的统计，还可以用来表征其结构和器件测量。

2、然而，目前一般都是通过将分散液直接滴在目标衬底上烘干或者旋涂的方法来处理；前者会导致在溶剂蒸发过程中产生咖啡环效应，导致二维材料纳米团聚，而后者在旋涂过程中筛掉大量的纳米片，可能导致某些厚度或尺寸范围的纳米片缺失，无法反应样品真实情况。更重要的一点是，以上两种方法对溶剂在目标衬底上的浸润性有很高的要求，浸润性稍差就会导致得不到分散良好的纳米片，无法用于后续的研究。因此，发展一种用于分散液中二维材料纳米片在平整衬底上的分散方法至关重要。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明的目的在于提供一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，解决目前研究中得到的材料易团聚、对溶剂-衬底浸润性要求高等问题，为溶液法制备二维材料纳米片的尺寸、厚度等基本信息统计，结构表征和器件测量奠定基础。

2、本发明的技术方案是：

3、一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，首先将二维材料分散液滴至目标衬底表面，用一个平整的硬质顶部衬底盖在液滴上，使其与目标衬底贴合在一起，用于消除溶剂挥发导致纳米片聚集，即咖啡环效应；然后将目标衬底/分散液/顶部衬底进行溶剂处理，直至溶剂完全挥发；最终将顶部衬底取下，即在目标衬底上得到分散均匀的二维材料纳米片。

4、所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，二维材料纳米片分散液的浓度为0.1～5mg/ml，二维材料纳米片包括但不限于石墨烯、氧化石墨烯、六方氮化硼(h-bn)、mxene、mos2、ws2、cdps3、mos2、ws2、蛭石、黏土之一种或两种以上，溶剂包括但不限于水、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸乙酯、环己烷、石油醚之一种或两种以上。

5、所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，优选的，二维材料纳米片分散液的浓度为0.5～2mg/ml。

6、所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，目标衬底和顶部衬底包括但不限于抛光的sio2/si、石英、云母、蓝宝石、金片或铜片。

7、所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，溶剂处理方式包括常温静置处理或在溶剂沸点以下进行加热烘烤蒸发处理或冷冻干燥处理。

8、所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，在溶剂沸点以下进行加热烘烤蒸发处理时，加热温度40～100℃，烘烤时间10分钟～5小时。

9、所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，优选的，加热温度60～80℃，烘烤时间30分钟～2小时。

10、本发明的设计思想是：

11、将二维材料分散液滴至目标衬底表面，用一个平整的硬质顶部衬底盖在液滴上，使其与目标衬底贴合在一起，将分散液夹与上下衬底中间，用于消除溶剂挥发导致纳米片聚集，即咖啡环效应；然后将目标衬底/分散液/顶部衬底常温静置或在溶剂沸点以下进行加热，直至溶剂完全挥发，二维材料纳米片则会吸附在上下基底表面，最终将顶部衬底取下，即可在目标衬底上得到分散均匀的二维材料纳米片。本发明具有操作流程简单，对溶剂-衬底浸润性要求低，样品分散性好等特点，为分散液中二维材料纳米片的形貌、尺寸、厚度等的宏量统计，结构表征和器件构建提供可靠的制样方法，对液相剥离法制备的二维材料的研究具有重要意义。

12、本发明的优点及有益效果是：

13、1.本发明提出了一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，对设备依赖度低，操作方便且易于调控，可以实现二维材料纳米在平整目标衬底上的均匀分散。

14、2.本发明操作过程中顶层衬底的使用不仅消除了咖啡环效应，抑制的二维材料纳米片的团聚，还将分散液限制于目标衬底和顶层衬底之间，提高了材料利用率。

15、3.本发明对溶剂在目标衬底上的浸润性容忍度高，具有广泛的普适性。

技术特征：

1.一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，首先将二维材料分散液滴至目标衬底表面，用一个平整的硬质顶部衬底盖在液滴上，使其与目标衬底贴合在一起，用于消除溶剂挥发导致纳米片聚集，即咖啡环效应；然后将目标衬底/分散液/顶部衬底进行溶剂处理，直至溶剂完全挥发；最终将顶部衬底取下，即在目标衬底上得到分散均匀的二维材料纳米片。

2.按照权利要求1所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，二维材料纳米片分散液的浓度为0.1～5mg/ml，二维材料纳米片包括但不限于石墨烯、氧化石墨烯、六方氮化硼(h-bn)、mxene、mos2、ws2、cdps3、mos2、ws2、蛭石、黏土之一种或两种以上，溶剂包括但不限于水、甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸乙酯、环己烷、石油醚之一种或两种以上。

3.按照权利要求2所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，优选的，二维材料纳米片分散液的浓度为0.5～2mg/ml。

4.按照权利要求1所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，目标衬底和顶部衬底包括但不限于抛光的sio2/si、石英、云母、蓝宝石、金片或铜片。

5.按照权利要求1所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，溶剂处理方式包括常温静置处理或在溶剂沸点以下进行加热烘烤蒸发处理或冷冻干燥处理。

6.按照权利要求5所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，在溶剂沸点以下进行加热烘烤蒸发处理时，加热温度40～100℃，烘烤时间10分钟～5小时。

7.按照权利要求6所述的用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法，其特征在于，优选的，加热温度60～80℃，烘烤时间30分钟～2小时。

技术总结本发明涉及二维材料制备领域，具体为一种用于分散液中二维材料纳米片分散在平整衬底上的方法。首先将二维材料分散液滴至目标衬底表面，用一个平整的硬质顶部衬底盖在液滴上，使其与目标衬底贴合在一起，用于消除溶剂挥发导致纳米片聚集，即咖啡环效应；然后将目标衬底/分散液/顶部衬底常温静置或在溶剂沸点以下进行加热，直至溶剂完全挥发，最终将顶部衬底取下，即可在目标衬底上得到分散均匀的二维材料纳米片。本发明具有操作流程简单，对溶剂‑衬底浸润性要求低，样品分散性好等特点，为分散液中二维材料纳米片的形貌、尺寸、厚度等的宏量统计，结构表征和器件构建提供可靠的制样方法，对液相剥离法制备的二维材料的研究具有重要意义。技术研发人员：徐川,任文才,成会明受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/2