化學氣相沉積(CVD)方法制備出的二維過渡金屬硫化物(TMDCs)的轉移方法有兩類,一類是化學刻蝕媒介法,該方法操作簡單,但刻蝕會嚴重退化樣品的品質,使得其遷移率顯著降低;另一類是物理轉移媒介法,該方法不需要刻蝕,但是生長過程的高溫環境使得襯底和樣品接觸更強,阻礙了該方法的推廣應用。因此,尋找一種無損轉移的方法對于TMDCs材料的應用發展是非常重要的。
近日,清華大學化學系焦麗穎等人設計了一種水溶性轉移媒介,該媒介有PVP和PVA兩種聚合物組成,可以實現CVD TMDCs材料的無損轉移和堆疊。該方法可以用于多種襯底的轉移,并且可以批量重復轉移,保證樣品的固有性質不被退化。通過實驗驗證,該方法同樣適用于其他CVD 生長的二維材料的轉移和堆疊,并且可以保證材料的原有質量,對于基礎研究和實際應用都具有很高價值的適用性。
這種媒介由PVP和PVA兩種聚合物組成,上層的PVP薄膜因其較強的粘附力和良好的潤濕能力,作為粘附層,確保和二維TMDCs材料有合適的接觸。為了增強底層的潤濕能力,作者又增加了一個NVP單體,其表面能和二維TMDCs材料在PVP溶液中的表面能接近。同時,PVA薄膜作為支持層,固定 PVP的形狀。這兩種聚合物的結合保證了媒介-樣品的強接觸和媒介有效的強度,二者對將CVD TMDCs材料從生長襯底上剝離是至關重要的。由于,這兩種聚合物均為水溶性的,轉移過程簡單可重復,并且對樣品原有性質沒有影響。
焦麗穎等人設計的由兩種聚合物組成的雙層水溶性媒介,可以實現CVD生長的二維TMDCs材料的無損轉移和堆疊。媒介-樣品的強接觸和媒介的水溶性能夠使 CVD生長的二維TMDCs材料比較容易和簡潔地實現物理轉移。這項工作推動了二維TMDCs材料在光電和電子領域的應用發展。