过渡金属硫化物缺陷结构演变研究文献综述

 2022-09-22 11:09

文献综述(或调研报告):

过渡金属硫化物在20世纪就已经被发现并制造出二硫化钼的纳米管与纳米颗粒,但是由于技术限制,并没有制造出过渡金属硫化物的二维材料,2004年开始的石墨烯相关研究的快速发展刺激了开发适用于分层材料的技术,为过渡金属硫化物的新研究开辟了道路[1]。

相关研究利用透射电镜对二维过渡金属硫化物材料进行了电子束辐照加工,发现当电子束与样品之间的相互作用被精确控制时,电子束传递的能量可以通过控制缺陷实现二维材料修饰,能够在二维材料中可控地制造并操控原子缺陷、线缺陷、一些新型的纳米结构,还可以诱导产生相变[2]。这些研究主要制造了缺陷,并观察了缺陷的形成与演变,但是对缺陷演变的机理只有部分文献给出了理论解释或者猜测。

目前已经观察到电子束辐照下二硫化钼中点缺陷、线缺陷、纳米孔的产生与演变,还观察到二硫化钼结构的相变。

对于单层二硫化钼,一种典型的三个原子厚度的具有半导体特性的过渡金属硫化物材料,在其中已经观察到了很多种类的点缺陷结构。六种不同类型的普遍的点缺陷在单层二硫化钼中被识别出来,即一个单硫原子空位(VS),一个双硫原子空位(VS2),一个钼原子取代一个 S2 列(MoS2)的反位缺陷,一个钼原子和三个邻近硫原子的复合空位(VMoS3),一个钼原子和三个邻近双硫原子的复合空位(VMoS6),以及一个 S2列取代一个钼原子的反位缺陷(S2Mo)[7]。

二硫化钼除了带有 S(A)-Mo(b)-Srsquo;(A)堆积的基态半导电性三方棱柱(2H)相,还能够以更高能量的八面体 1T(S(A)-Mo(b)-Srsquo;(c))或者畸变的 1T 相(ZT:显示一个 2X1 的超结构,或 DT:一个 2X2 的超结构)结晶, 它们都是金属性的。[8]

明确提到使用电子束辐照研究二硫化钼缺陷的文献中,研究人员观察了空位缺陷的演变现象[3][4]。由于原子的弹道位移、电子束诱导的化学刻蚀、离子化损伤,电子束辐照下二硫化钼原子层中会产生空位缺陷,具体空位缺陷的类型取决于电子束的束流密度与不同空位的形成能。计算表明硫空位聚合成为线缺陷的过程中,每一个硫空位上的能量均会增加0.05-0.2eV,与空位聚合成线缺陷的趋势一致;同时实验观察发现伴随着线缺陷的形成,线缺陷附近的硫空位消失,而距离较远处的硫空位缺陷保持不变,证明线缺陷的形成是由硫空位聚合而成,而不是线缺陷的扩展。 通过使用第一性原理计算,对猜想的原子结构进行仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比,从而判断空位演变成的线缺陷的原子结构,另外,对缺陷形成能的计算也为线缺陷原子结构的猜想提供了证明。同时研究表明,线缺陷的空位分布在二硫化钼单层的同一面,而不是在两个面上交替存在,这是因为前一种结构的形成能更低。认为空位产生应该主要在底平面,而不是在顶平面,但是,在高分辨透射电子显微镜模式下无法区分底平面与顶平面的硫空位[3]。文献[3]的研究中,由于帧率为每帧一秒,无法观察到双空位线的快速形成。

研究发现2H到1T相的转变伴随着硫和/或钼原子层的滑移,并且展示了使用电子束在2H原子层中可控地生长1T相。尽管在该实验中不能澄清alpha;相形成的驱动力,但根据实验条件的对比认为电子束以及表面状态对其形成起着至关重要的作用[5]。尚未有文献就本实验中二硫化钼相转变的机理做出解释。电子束辐照也影响到二硫化钼畸变的 1T 结构[9]。

对于二维硫属元素化物,现有的修复缺陷的方法包括巯基化学途径 [10,11] ,聚合物(4-苯乙烯磺酸盐)[12],和氧等离子体[13-14]处理,需要其他化学品并且不可避免地会引入杂质来污染材料。 此外,不能直观地判断修复的程度,需要在TEM下进一步测试。当前利用TEM修复2D材料的方法,都不可避免地引入杂质或者无法直观判断修复的范围,而仅有电子束与材料相互作用时可以避免这些问题。东南大学电子科学与工程学院纳皮米实验室研究发现在透射电镜中进行电子束辐照可以对二硫化钼的纳米孔进行原位修复[6],原位修复的机理与传统的Kossel–Stranski模型一致[15],修复的原料来自于二硫化钼本身,对修复后材料的应力分布进行探测,认为基本完全修复。但是修复后材料会有所减薄,目前尚未由文献提及如何解决这个问题。

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

以上是毕业论文文献综述,课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。