一种基于二硫化钼的新型纳米复合材料、制备方法和用途

技术领域

本发明涉及纳米复合材料的制备方法，特别涉及一种基于二硫化钼的新型纳米复合材料、制备方法和用途。

背景技术

二硫化钼材料因其能带隙随尺寸厚度变化(1.2eV-1.8eV)的特性而受到广泛关注，在生物传感、光伏电池、能源存储等应用中发挥了重要作用。液相剥离制备二硫化钼纳米片的方法凭借其高效制备和低成本的优点近年来发展迅速。但液相剥离法中通常会使用正丁基锂，这将使材料发生相变，导致半导体性质的丧失，加入表面活性剂能明显改善这一问题。最近，Emily P.Nguyen等人研究表明，在液相超声之前引入预研磨的方法可有效提高少层二硫化钼的比例。Hu Liangbing等人在液相超声剥离同时引入纳米纤维素作为表面活性剂，有效提高了少层二硫化钼纳米片的产量及分散稳定性，制备的复合材料在柔性电池上应用前景广阔。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于二硫化钼的新型纳米复合材料、制备方法和用途。

技术方案：本发明提供一种基于二硫化钼的新型纳米复合材料，由二硫化钼和多糖混合后经研磨、超声、离心而成。

进一步地，所述二硫化钼为块状。

进一步地，所述二硫化钼为天然六方晶型，半导体相。

进一步地，所述多糖为果胶、羧化壳聚糖。

所述的基于二硫化钼的新型纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取二硫化钼和多糖粉末分别加离子水进行研磨；

(2)将步骤(1)的产物加入去离子水，进行水浴超声；

(3)对步骤(2)得到的溶液进行离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，即可。

所述的基于二硫化钼的新型纳米复合材料在阻变存储器件中的应用。

作为本技术方案的优选：

所述步骤(1)二硫化钼和多糖的质量比为10∶1，5∶1，2∶1，1∶1。

所述步骤(1)的研磨时间为0.5-1.5h。

所述步骤(1)二硫化钼，尺寸为2μm左右。

所述步骤(1)二硫化钼粉末为天然六方晶型(半导体相)。

所述步骤(2)水浴超声时间为0.5-5.0h，研究超声时间对材料制备的影响。

所述步骤(4)转速为1500rpm-5000rpm，离心转速越高，制备的二硫化钼纳米片厚度越薄。

本发明预研磨-液相超声法，将多糖(果胶、羧化壳聚糖)作为表面活性剂，促进二硫化钼纳米片的剥离，以此提高剥离效率，得到基于高质量二硫化钼纳米片的复合材料。

有益效果：本发明简单的预研磨-液相超声法得到，制得的材料尺寸超薄，避免了复杂的工艺和高额的成本，并成功应用于阻变存储器件，器件性能优异。

附图说明

图1为本发明的制备示意图；

图2为实施例5制备的二硫化钼纳米片与原始块体二硫化钼的XRD衍射图谱；

图3为实施例8制备的二硫化钼-羧化壳聚糖复合材料透射电子显微镜图(TEM)；

图4为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5制备的二硫化钼纳米片的荧光吸收光谱图；

图5为实施例6、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10制备的二硫化钼纳米片的荧光吸收光谱图；

图6为基于实施例5为活性层制备阻变存储器件的电流-电压曲线图；

图7为基于实施例5为活性层制备阻变存储器件的电流-维持时间曲线图。

具体实施方式

实施例1：少层二硫化钼的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为3.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼纳米片的分散液。

实施例2：少层二硫化钼-果胶纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，300mg果胶粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为3.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-果胶纳米复合材料的分散液。

实施例3：少层二硫化钼-果胶纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，150mg果胶粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为3.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-果胶纳米复合材料的分散液。

实施例4：少层二硫化钼-果胶纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，60mg果胶粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为3.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-果胶纳米复合材料的分散液。

实施例5：少层二硫化钼-果胶纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，30mg果胶粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为3.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-果胶纳米复合材料的分散液。

实施例1、实施例2、实施例3、实施例4表明随着果胶比例的增加二硫化钼纳米片的剥离效率也会提高，这主要是因为表面活性剂的增加有效促进纳米片的剥离(图4)。

实施例6：少层二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，30mg羧化壳聚糖粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为0.5h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的分散液。

实施例7：少层二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，30mg羧化壳聚糖粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为1.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的分散液。

实施例8：少层二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，30mg羧化壳聚糖粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为2.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的分散液。

实施例9：少层二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，30mg羧化壳聚糖粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为3.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的分散液。

实施例10：少层二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的制备方法

(1)将300mg天然六方晶型的二硫化钼块状粉末，30mg羧化壳聚糖粉末放入研钵中，然后用移液枪吸取1mL去离子水加入研钵，研磨0.5h；

(2)将步骤产物转移至菌种瓶，向菌种瓶加入30mL去离子水，在细胞破碎仪中进行超声处理，超声时间为5.0h；

(3)待超声完毕后以3000rpm的转速对其进行30min的离心处理，离心完成后取上层清液的四分之三再次进行同等转速与时间的离心处理，离心完成后取上层清液的三分之二，所得样品即为二硫化钼-羧化壳聚糖纳米复合材料的分散液。

实施例6、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10表明超声时间对二硫化钼纳米片的剥离效率有重要影响，超声时间越长，剥离效率越高，这主要是因为更长的超声时间更有利于促进超声波对块体二硫化钼微观尺度的剥离(图5)。

基于实施例5制备的复合材料为活性层制备阻变存储器件，通过半导体参数分析仪进行性能测试，可以看出器件为典型的非易失性可擦写(Flash)存储器，能在较低的电压下完成数据存储。如图6存储器的I-V曲线图所示，刚开始器件呈现出高阻态，也就是低导电态。随着扫描电压的增大，电流逐渐上升。在扫描电压为1.6V时，器件完全由高阻态转变为低阻态，也就是转变为高导电态，这是信息写入过程。整个器件电阻转变过程电压低，说明器件具有低功耗特征。当器件转变为高导电态后，扫描电压从3V至0V的过程中，存储器的电流一直保持在较高水平。该过程即为器件的非易失性存储过程，此时存储器中写入的数据不能再被修改。当扫描电压从-3V-0V时，电流逐渐降低，表明器件转化为高阻态，表明信息擦除，在可擦写信息存储领域具有潜在应用价值。在0.1V时，器件的开关比为5x10