类石墨烯二硫化钼的液相剥离制备及在有机薄膜晶体管中的应用

摘要

类石墨烯二硫化钼(MoS2)因其特殊的微观结构和可调控的带隙，表现出优异的光电性能，受到了广泛的关注。其中，关于MoS2的制备及在光电领域的应用是一大研究热点。液相剥离法因其具有可大批量生产的优点而得到了快速发展。然而，液相剥离法使用的溶剂多局限于N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂，聚合物辅助液相剥离法虽然将使用溶剂拓展到了乙醇和四氢呋喃等低沸点溶剂，但是使用的多是绝缘聚合物，阻碍了后续的应用。氯仿是光电器件中很常用的溶剂，因此实现片层MoS2在氯仿中的分散对其应用具有重要的研究意义。
　　本论文从正十二硫醇和聚己基噻吩(P3HT)这两类剥离剂出发，以实现片层MoS2在氯仿中的分散为目标，为探究片层MoS2对基于P3HT的薄膜场效应晶体管(OTFT)的影响，展开了相关的研究工作。
　　论文第一章综述了MoS2的基本性能和常见的制备方法，MoS2的界面修饰和其在低沸点溶剂中分散的研究进展，以及二维材料在基于P3HT的OTFT中的应用。
　　论文第二章我们借鉴双溶剂剥离法，以正十二硫醇与氯仿为双溶剂，避免了单独使用正十二硫醇为溶剂所导致的剥离片层MoS2聚集的缺点，并通过研究超声时间和双溶剂体积比对二硫化钼浓度的影响，得出了比较优异的剥离条件，即超声时间为12h，体积比为1∶1，进一步通过溶剂交换法实现了在氯仿及其他低沸点溶剂中的分散。通过电镜和光谱分析，验证了相对分散的片层MoS2的成功剥离。
　　论文第三章采用导电的P3HT为聚合物辅助剥离剂，超声剥离得到了MoS2的氯仿溶液。通过TEM验证了所得剥离MoS2薄层甚至单层。我们预测了剥离机理，即含有噻吩官能团的P3HT与MoS2片层存在相互作用，超声作用下，层间的范德华力得到破坏，片层滑移，从而实现了有效剥离。此外，我们将这一方法成功应用在二硫化钨和二硒化钼中。
　　论文第四章是在第三章的基础上，研究了MoS2片层对P3HT的溶液聚集态和薄膜结晶性的影响。同时制备了基于P3HT/MoS2的OTFT并研究了器件性能。该器件呈现p型性能，获得了最高0.056 cm2V-1s-1的空穴迁移率和105的开关比。还研究了不同含量的MoS2对器件性能的影响，发现适量的MoS2对于调控P3HT结晶性能的重要性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 类石墨烯二硫化钼的基本性质与研究

1．1．1 类石墨烯二硫化钼的结构与性能

1．1．2 类石墨烯二硫化钼的制备方法

1．1．3 类石墨烯二硫化钼的应用

1．2 类石墨烯二硫化钼的界面修饰与低沸点溶剂分散

1．2．1 类石墨烯二硫化钼的巯基修饰及应用

1．2．2 类石墨烯二硫化钼的聚合物修饰及分散

1．2．3 类石墨烯二硫化钼在低沸点溶剂中的分散

1．3 二维材料在P3HT薄膜场效应晶体管中的应用

1．3．1 改善P3HT的结晶性能的研究

1．3．2 P3HT／二维材料的聚合物薄膜场效应晶体管

1．4 课题的提出和意义

2 正十二硫醇辅助二硫化钼的液相剥离及在氯仿中的分散

2．1 概述

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂和药品

2．2．2 实验方法

2．2．3 仪器表征和制样方法

2．3 结果和讨论

2．3．1 正十二硫醇液相剥离本体二硫化钼的结果与表征

2．3．2 正十二硫醇／氯仿不同体积比对二硫化钼剥离浓度的影响

2．3．3 不同超声时间对二硫化钼剥离浓度的影响及剥离机理探究

2．3．4 溶剂交换后不同溶剂中的分散情况

2．3．5 溶剂交换后的表征

2．4 本章小结

3 聚己基噻吩辅助类石墨烯二硫化钼液相剥离与在氯仿中的分散

3．1 概述

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂和原料

3．2．2 实验方法

3．2．3 实验表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 P3HT辅助类石墨烯二硫化钼的剥离及紫外吸收表征

3．3．2 类石墨烯二硫化钼的TEM表征

3．3．3 P3HT@MoS2的拉曼表征

3．3．4 P3HT辅助剥离类石墨烯二硫化钼的机理预测

3．3．5 P3HT辅助剥离其他过渡金属硫族化合物的结果与表征

3．4 本章小结

4 二硫化钼调控聚己基噻吩结晶构建高迁移率晶体管

4．1 概述

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和原料

4．2．2 P3HT／MoS2复合物的制备

4．2．3 OTFT器件的制备和测试

4．2．4 实验表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 P3HT-MoS2复合物的表征及P3HT聚集态的存在

4．3．2 基于复合物的OTFT器件性能

4．3．3 MoS2辅助P3HT快速结晶的表征

4．3．4 不同含量的MoS2对器件性能的影响及表征

4．4 本章小结

5 主要结论与创新点

5．1 主要结论

5．2 创新点

参考文献

作者简历以及在学校期间所取得科研成果