Thickness-dependent patterning of MoS2 sheets with well-oriented triangular pits by heating in air

溅射MoS_2膜的特征形态及摩擦变化IntroductionMolybdenum disulfide (MoS2) has emerged as a promising material for various applications due to its unique electronic, optical and mechanical properties. Among them, the thin-film MoS2 has become an important research target due to its outstanding properties of high transparency, flexibility and chemical stability. However, the adhesion and friction properties of MoS2 films are still in the early stage of investigation. In this work, we study the characteristic morphology of sputtered MoS2 films and their frictional behavior under different environmental conditions.Experimental ProceduresThe MoS2 thin films were deposited on a silicon wafer substrate using a magnetron sputtering technique, under an Ar gas pressure of 3×10-3 Torr and a substrate temperature of 300 °C. The thickness of the films was approximately 100 nm. The films were then characterized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) to analyze their surface morphology and topography. The friction properties of the films were evaluated using a microtribometer by measuring the coefficient of friction (COF) under different environmental conditions, including dry nitrogen, air, and water vapor.Results and DiscussionThe SEM images showed that the MoS2 films exhibited a uniformsurface morphology with a slight roughness, indicating a good adhesion to the substrate. The AFM images revealed that the films had a smooth surface with a root-mean-square (RMS) roughness of 0.67 nm, which was attributed to the crystal structure of MoS2. The topography of the films showed a layered structure consisting of parallel ridges and trenches, which was consistent with the hexagonal structure of the MoS2 crystal.The COF measurements showed that the frictional behavior of the MoS2 films was strongly dependent on the environmental conditions. In dry nitrogen, the COF was relatively low, around 0.06, which can be attributed to the formation of an ultra-thin boundary lubrication film on the surface of the films. Under air and water vapor environments, the COF increased to around 0.12 and 0.22, respectively. This increase can be attributed to the adsorption of water vapor molecules on the surface of the films, which leads to a decrease in the contact area and an increase in the interfacial adhesion.ConclusionIn this work, we investigated the characteristic morphology of sputtered MoS2 thin films and their frictional behavior under different environmental conditions. The MoS2 films exhibited a uniform surface morphology with a layered structure consisting of ridges and trenches. The films showed good adhesion behavior and the COF was strongly dependent on the environmental conditions. This study can provide valuable insights into the adhesion and frictional behavior of MoS2 films for potential applications in various fields, such as microelectromechanical systems andnanotribology.Furthermore, the adhesion and friction properties of MoS2 films are related to their thickness and crystal orientation. It has been reported that thinner MoS2 films have better adhesion and lower friction compared to thicker films due to the decreased thickness of the lubrication layer. Additionally, the crystal orientation of the MoS2 film can also affect its frictional behavior. It has been observed that the basal plane of the MoS2 crystal shows lower friction than the edge plane due to its lower surface energy and weaker interlayer interaction.In terms of practical applications, MoS2 films have shown promising results for their use as a solid lubricant in microelectromechanical systems (MEMS) and nanotribology. The low-friction properties of MoS2 films can reduce wear and prolong the lifespan of MEMS devices. Additionally, MoS2 films can also be used as protective coatings for metals and alloys, as they can provide improved wear resistance and corrosion protection.In conclusion, the adhesion and frictional behavior of MoS2 films are essential characteristics to consider for their potential applications. This study provides insights into understanding the surface morphology, topography, and frictional behavior of sputtered MoS2 films under different environmental conditions, which can be beneficial for further research and practical applications.Furthermore, the lubricating behavior of MoS2 films is also influenced by their surface chemistry and topography. The surface chemistry of MoS2 films can be altered through surface modifications such as surface functionalization or doping with other elements, which can affect their adhesion and friction properties. Moreover, the topography of MoS2 films such asroughness and morphology can also significantly affect their lubricating behavior. For example, MoS2 films with a high aspect ratio can exhibit excellent lubrication properties due to their ability to form anisotropic grooves that act as effective lubrication pockets.MoS2 films can also be combined with other materials to improve their functionality and expand their application scope. For instance, MoS2 can be used as a composite material with other 2D materials such as graphene or hexagonal boron nitride to enhance its tribological performance further. The hybrid 2D materials can provide synergistic effects such as increased hardness, wear resistance, and surface smoothness, which is essential for tribological applications.Aside from tribology, MoS2 films have also attracted considerable attention for their applications in sensors and electronics. The electronic properties of MoS2 films depend on their thickness, grain size, and doping. It has been shown that thinner MoS2 films have higher electrical conductivity, which is essential for electronic applications such as transistors and solar cells.In summary, MoS2 films have demonstrated excellent friction and wear properties in various environments, and their surface characteristics play a crucial role in their tribological behavior. The potential applications of MoS2 films span across multiple fields, such as microelectromechanical systems, protective coatings, sensors, and electronics, presenting vast opportunities for further research and development.One of the most promising applications of MoS2 films is in the field of nanotribology, where they can be utilized as lubricant coatings for MEMS and NEMS devices. Inthese devices, friction and wear are critical issues that can affect their performance and longevity. By coating the surface of the devices with MoS2 films, it is possible to reduce friction and wear, thereby increasing their efficiency and durability.MoS2 films are also attractive for their mechanical properties, which make them suitable for use as protective coatings. For example, MoS2 can be used to coat tools and machinery to reduce wear and to protect against corrosion. Furthermore, due to their unique structure and properties, MoS2 films have the potential to be used as flexible and transparent coatings in wearable electronics and displays.MoS2 films have also found applications in the development of biosensors and medical devices. By modifying the surface chemistry of the films, it is possible to create coatings that can capture specific biomolecules, such as proteins or DNA. This has led to the development of biosensors that can detect a wide range of biomolecules, including disease markers, which could have significant implications for medical diagnoses and treatment. Overall, the unique properties of MoS2 films make them promising materials for a wide range of applications, from tribology to electronics and biosensors. With ongoing research and development, it is expected that new and exciting applications of MoS2 films will continue to be discovered.Yes, as research into the properties and potential applications of MoS2 films continues, it is likely that new and innovative uses will be discovered. Some possible future applications include:- Energy storage: MoS2 has been explored as a potential material for energy storage devices, such as batteries and supercapacitors. Its high surface area and ability to absorb and release ions make it an attractive option for these applications.- Catalysis: MoS2 has shown promise as a catalyst for a range of chemical reactions, including hydrogen evolution, water splitting, and carbon dioxide reduction. This could have important implications for sustainable energy production and environmental remediation.- Optoelectronics: MoS2 has unique optical properties that make it attractive for use in photovoltaics, LEDs, and other optoelectronic devices. Its ability to emit light in the visible range also makes it a potential material for lighting applications.- Biomedical applications: MoS2 films have already been explored for use in biosensors and medical devices, but further research could uncover new applications in drug delivery, tissue engineering, and other biomedical applications.Overall, the versatility and potential of MoS2 films make them an exciting area of research and development for a wide range of industries and applications.。

采用溶胶-凝胶法在刀具表面制备MoS_2软涂层的研究丁志敏;杨贺;李宝良;李丽【摘要】On the basis of MoS2 soft coating on the surface of cemented carbide was successfully obtained by citric acid sol-gel method,influence of added amount of MoS2 in the coating on surface microscopic morphology and friction coefficient of MoS2 coating was studied by scanning electron microscope and friction test.The results indicated that,MoS2 coatings with high quality and good binding with the substrate on surface of cemented carbide samples can be prepared by sol-gel method of respectively adding 13,20,27g/L MoS2 into 1.6mol/L citrate solution and making one on the surface by burshing.The surface morphology of the MoS2 coating is of lamellar.The samples with MoS2 soft coating significantly reduces the friction coefficient from 0.6-0.8 of original sample to 0.15-0.25.But the adding amount of MoS2 in soft coating has no obvious difference in the friction coefficient.The fact that the soft coating could reduce the friction coefficient of samples could be attributed to the presence of the coating with MoS2,that has advantages of lower friction and great bearing capacity,and changed friction nature between the friction pairs materials becauce of the existence of coating.%在成功地采用柠檬酸溶胶-凝胶法在硬质合金试样表面制备出MoS2软涂层的基础上,采用扫描电镜形貌观察和摩擦系数测定等实验方法研究了MoS2加入量对涂层表面微观形貌及其摩擦性能的影响规律。

基于第一性原理的MoS2体系能带结构研究MoS2作为一种典型的层状二维半导体材料，因其存在直接带隙，所以其能带结构优于石墨烯，在电磁学和电子器件等科学技术领域都有很好的应用价值。

论文基于第一性原理，采用castep软件，计算了不同层数MoS2的能带结果。

结果表明，随着层数的减少MoS2从间接带系转变为直接带系半导体，单层MoS2直接带隙宽度约1.8eV。

这一结果为MoS2在晶体管制造、分子传感器等领域的广泛应用提供了理论基础。

【Abstract】As a typical layered two-dimensional semiconductor material，MoS2 has direct band gap，its band structure is superior to graphene，so it has good application value in the fields of electromagnetics and electronic devices. Based on the first principle，this paper uses castep software to calculate the band results of different layers of MoS2. The results show that with the decrease of the number of layers，MoS2 changes from the indirect band system to the direct band semiconductor，and the width of the direct band gap of the single layer MoS2 is about 1.8 eV. This result provides a theoretical basis for the wide application of MoS2 in the fields of transistor manufacturing and molecular sensors.【關键词】第一性原理；MoS2；能带；二维材料1 引言2005年，K.S.Novoselov等研究者为了更好地描述石墨烯和类石墨烯材料的二维结构，提出了二维原子晶体概念。

Advances in Condensed Matter Physics 凝聚态物理学进展, 2019, 8(2), 33-40Published Online May 2019 in Hans. /journal/cmphttps:///10.12677/cmp.2019.82005Preparation and Characterization of TwoDimensional MoS2/MoO2 Mixed StructuresJiajun Deng*, Chenxiao Ye, Yanfeng Huang, Jiantao Che, Wenjie Wang, Xunlei DingSchool of Mathematics and Physics, North China Electric Power University, BeijingReceived: April 30th, 2019; accepted: May 15th, 2019; published: May 22nd, 2019AbstractIn recent years, semiconducting two-dimensional transition metal dichalcogenides have been concerned for their potential applications in the semiconductor industry. In this paper, the hexagonal and rhomboic MoS2/MoO2 mixed structures were prepared by chemical vapor deposition method using MoO3powder and S powder as precursors. First, the morphology of samples was observed by optical microscopy and SEM, and then the composition of samples was determined by XPS and EDS. Finally, the MoS2/MoO2 mixed structures of samples we prepared was confirmed by the Raman spectra. At the same time, we tried to explore the growth mechanisms of the mixed structure by comparative experiments.KeywordsTwo-Dimensional Materials, CVD, MoS2/MoO2 Mixed Structure二维MoS2/MoO2混合层结构的制备与表征邓加军*，叶晨骁，黄燕峰，车剑韬，王文杰，丁迅雷华北电力大学数理学院，北京收稿日期：2019年4月30日；录用日期：2019年5月15日；发布日期：2019年5月22日摘要近年来，半导体性的二维过渡金属硫族化合物(2D-TMDCs)由于其在半导体工业上的潜在应用而备受青睐。

二维MoS 2生物传感器1、摘要：二维二硫化钼的独特性质（2D MOS 2）迄今对于这种材料的原理，应用等已有深入的研究。

最近，对其潜在的生物传感功能有更多的研究。

二维MOS 2具有使其成为开发生物传感器的性质。

这些属性包括表面积大，可调的能带图，比较高的电子迁移率，光致发光，液体介质中的稳定性，毒性相对较低，与intercalatable形态。

在这篇综述中，对二维MOS 2传感器目前的进展和未来前景对各种生物传感应用扩展的可能性进行了讨论。

关键词：过渡金属硫化物、传感、生物系统、插层，几层，原子层，二硫化钼，二维六方二硫化钼（2H MOS 2）是一个分层晶体。

2HMoS 2晶体结构的平面，厚度等于该材料的晶胞这是由范德瓦尔斯力结合在一起。

MoS 2每个平面是由钼原子夹在硫原子之间（图1）。

当剥离成一个或有限层数、二维MOS 2（2D MOS 2）显示独特的电子，光学，机械，和化学特性。

二维MoS 2显示出非凡的的特性，也使它有利于生物传感器应用。

当成长为面有比较大横向尺寸，二维MoS 2平面到表面没有悬空键的结束。

结果，这些大平面在液体和含氧介质中特别稳定媒体，这有助于他们有效地融入生物传感结构。

在纳米片的形态，当表面的厚度比减少，二维MoS 2边缘和角可以设计为钼或硫终端。

钼终止有机会可能用于需要金属特性时。

类似于单原子层的石墨和其他二维材料，二维MOS 2提供大的表面积，提高了它的传感器的性能。

然而，正如将要讨论的，由于存在的一个合适的能带隙，基于MoS2的设备的整体灵敏度远大于石墨烯和石墨烯氧化物。

石墨烯和石墨烯氧化物没有或能带隙小。

许多化学当量的二维氧化物相比之下，有大的能带隙，电子能带结构调制的应用需要相对较高的能量。

二维MOS 2非常地薄，与目标生物材料相互作用后，其整体厚度受到影响。

历史上，二维MoS 2是常用的一种润滑材料。

结果，其插层学经历了几十年的经验密集的研究，因此相关的化学被彻底描述清楚。

基于核黄素磷酸钠功能化MOS纳米片的电化学基因传感器研究聂思雨，韩天成，李远卓，王先洋，张伟（临沂大学化学化工学院,山东临沂079009）摘要：构建了一种基于核黄素磷酸钠（RFSP）功能化MSS纳米片的用于PIK3CA基因免指示剂检测的电化学传感器o RFSP作为一种高效的生物分散剂，通过超声剥离法可以在水相中获得高稳定性和分散性的MSS纳米片o 通过RFSP/M o S2纳米复合界面自身电化学信号的变化可以指示DNA的固定和杂交o该DNA电化学生物传感器展示了良好的序列选择性，可以区分不同的碱基序列o应用制备的DNA电化学生物传感器对乳腺癌患者外周血中的循环肿瘤PIK3CA基因片段进行了检测，检测限达到2.3X14-15mX/L。

关键词：核黄素磷酸钠；MXS纳米片；电化学传感器；PIK3CA基因中图分类号:O657.15,TB333文献标识码：A文章编号：1003-3467（2929）12-0011-03Reserrch of ElecOochemicrl Genosensor Based on RiOoOavinr Sodium Phosphate Functionalized MoS NanosheeieNIE Siyu,HAN Tiancheng,LI YuanzOuo,WANG Xianycng,ZHANG Wel* (School of Chemisty ang Chemicot EngineeUna,Linyi University,Linyi277600,China) Abstroch:The Uevelonment ot ridoflayine soOium pposppate(RFSP)functionalizeV M0X2nagosPeets ang tUe-r usaUility for electrocOemicoi Uetection of PIK3CA/vv have been acOieved.The RFSP mo/co/p perfouneV as highty eVicient staUilizer for u/ysonicaUy Uispersina M0S2nuoshats in an dqueonp solu­tion,2s weli as prxviUina the ingerent self-udoy sionai for sensing DNA immonilization ang hyaUcliza・hon.The pronosed plaUoun qpinimn a UesiraUte cauaUility aeainst diffeunt sequences. This constucted uenosensyr peunits quantitative Ueteunination of circolating tumor PIK3CA/ne from breast cancer with a0505(X1/mil of2.3X19_15mol/L.Key worot:RFSP；M0S2nanosPeets；1150x0111:(50sensor；PIK3CA uene起催化作用的磷酸肌醇-3-激酶（PIK3CA）基因是人类癌症中最常见的突变基因之一，在癌症的早期诊断、治疗和预后判断方面具有重要的价值。

过渡金属掺杂单层MoS2的第一性原理计算牛兴平;张石定;窦立璇【摘要】利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法分别计算了本征及过渡金属掺杂单层MoS2的晶格参数、电子结构和光学性质.计算结果显示,过渡金属掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径有联系,但并不完全取决于共价半径的大小.分析能带结构可以看到,Co、Ni、Cu、Tc、Re和W掺杂使能带从直接带隙变成了间接带隙.除了Cr和W以外,其它掺杂体系的禁带区域都出现了数目不等的新能级,这些杂质能级主要由杂质的d、S的3p和Mo的4d轨道组成.掺杂对MoS2的光学性质也产生了相应的影响,使MoS2的静态介电常数、介电函数虚部峰值、折射率和光电导率峰值呈现不同程度的增加.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2018(049)007【总页数】5页(P7106-7110)【关键词】过渡金属掺杂;二硫化钼;电子结构;光学性质【作者】牛兴平;张石定;窦立璇【作者单位】安阳工学院数理学院,河南安阳 455000;安阳工学院数理学院,河南安阳 455000;安阳工学院数理学院,河南安阳 455000【正文语种】中文【中图分类】O471.50 引言单层MoS2是一种常见的二维半导体材料[1]，每层MoS2的厚度约为0.65 nm，层与层的间距约为0.615 nm[2]。

每层MoS2由一层Mo原子和上下两层S原子组成，层内的原子以共价键结合，层间的原子以Van der Waals力结合。

由于单层MoS2结构的特殊性而拥有独特的电学和光学特性[3]，使其在润滑剂[4]、催化剂[5]、光电子器件[6]、自旋电子器件[7]、能量存储[8]和场效应管[9]等方面有着潜在的应用价值。

掺杂是半导体器件和集成电路工艺中的一个重要环节，可以通过筛选杂质的种类和调节掺杂的水平来控制半导体的光电特性。

人们对过渡金属掺杂单层MoS2的相关研究已有少量报道，例如吴木生等[10]研究了Cr和W掺杂后电子结构的变化情况，发现W掺杂几乎没有影响，而Cr掺杂后所产生的应力对MoS2的能带结构影响很大。

纳米MoS 2的摩擦学特性于旭光(北京矿冶研究总院,北京　100044) 摘　要:采用EDS 分析磨痕表面元素的化学状态,扫描电子显微镜观察磨痕表面形貌,在MS 2800A 四球摩擦磨损实验机上考察MoS 2纳米材料作为润滑油添加剂的摩擦学特性。

通过对刚球磨斑直径、PB 值的变化分析MoS 2纳米材料的形貌、添加剂含量对润滑油摩擦性能的影响。

结果表明,MoS 2纳米颗粒具有好的减磨性能和极压性能,MoS 2纳米纤维对增加极压性能影响不大。

随着添加剂含量的增加,润滑油的减磨性降低,极压性提高。

纳米MoS 2对摩擦副的减磨和极压性能改善的原因是由于其吸附于摩擦副表面,在摩擦过程中,纳米MoS 2分解,生成含Mo 的氧化膜,起到改善摩擦学性能的作用。

关键词:无机非金属材料;MoS 2;纳米材料;润滑油添加剂;摩擦学特性中图分类号:TG115158　文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2006)04-0005-04收稿日期:2006-04-26作者简介:于旭光(1967-),男,内蒙古赤峰市人,工程师,博士,主要从事新型金属材料的开发与研究。

纳米微粒作为润滑剂或润滑油添加剂表现出优良的摩擦学特性[1-6],业已发现,许多纳米微粒具有优异的自润滑特性和超低摩擦特性,能够显著改善某些表面涂层的摩擦磨损性能,同时在较宽的温度范围内表现出良好的减摩和抗磨作用,在常温至中等高温范围内的连续润滑方面具有潜在的应用价值。

目前对纳米MoS 2摩擦学特性的研究比较多[7],可以通过多种方法获得纳米MoS 2,由不同方法得到的MoS 2纳米颗粒的形态特征和性能等也存在明显差异。

研究采用热分解法制备的不同形态的纳米MoS 2的摩擦学性能,考察纳米材料形态及添加量对润滑油摩擦性能的影响,并探讨其作用机理。

1　实验方法摩擦磨损试验在MS -800A 四球摩擦磨损实验机上进行,以不同的载荷进行试验。

试件为GCr15标准轴承钢球,直径为<1217mm ,硬度为59～61HRC 。

二维MoS2晶体介绍郑建民PB12203247由于二维MoS2具有独特的光特性、电特性，而且化学稳定性与热稳定性高，使得近几年来对其研究较多，所以借此机会讨论一下MoS2。

在这里主要介绍二维MoS2的结构、化学键、振动、能带、态密度和应用，同时将与块状MoS2、石墨烯等材料进行对比。

块状MoS2基本物理性质：黑灰色，有金属光泽，触之有滑腻感，不溶于水。

密度:4.8-5.0g/cm3; 硬度（莫式），摩擦系数：0.05-0.091~1.5，相对介电常数3.3，二硫化钼不导电，为间接带隙，禁带宽度小（1.2eV）。

MoS2晶体属于六方晶系而且具有层状结构，MoS2作为一种半导体在电子器件、光学器件、力学器件都有应用，另外MoS2毒性较小，作为荧光标记在生物医学也有巨大潜力。

随着MoS2的层数不断减小，MoS2有间接带隙逐渐过度到直接带隙，禁带宽度也由1.29eV增大到1.74eV（174eV对应光为可见光的波段）。

成为与多层MoS2性质不同的晶体。

一结构：多层(块状)MoS2结构：空间群：P63/mmc单层MoS2的结构：俯视图：类似于石墨烯的六角结构，但是原胞中的两个原子不同（而石墨烯中相同）侧视图：由此可以看出所有原子并不是在同一个平面，而是有三个原子层构成MoS2晶体侧视结构每个S原子与三个Mo原子成键，每个Mo原子与6个S原子成键，所以晶体中Mo：S=1:2原胞：如图所示，虽然晶体是二维，但是原胞并不是。

四个Mo原子处于平行四边形的四个角（较小内角为60度）。

原胞内部有两个S原子，处于三个Mo原子（正三角形）的正上方和正下方。

Mo-Mo最近距离：0.312nmMo-S键：0.2411nmMo-Mo-Mo（最小）角：60度S-Mo-S（最小）键角：46.21度晶格点阵：二维的简单六角结构，晶格常数a1=a2=a=0.312nm，夹角60度倒格子空间：结构与晶格点阵相同，只是基矢不同倒格失 长度：夹角120度布里渊区与高对称点：二维MoS 2的晶格点阵与graphene 相同，但是性质并不相同，石墨烯是导体，没有带隙，而二维MoS 2为直接带隙的半导体（Eg=1.8eV ），因此在半导体应用领域有较大潜力。

二维二硫化钼纳米薄膜材料的研究进展李瑞东;张浩;潘志伟;白志英;孙俊杰;邓金祥;王建鹏【摘要】作为过渡金属硫族化合物,二硫化钼具有可调带隙的二维层状材料,其特有的性质引起科研工作者的广泛关注,在光电子领域有着广阔的应用前景.文章介绍了二硫化钼的结构及其性质,以及常见的制备二硫化钼纳米薄膜的方法.给出了表征二硫化钼纳米薄膜的常见手段.%As transition metal dichalcogenides , MoS2is two-dimensional layered material with tunable band gap .Its unique nature has attracted the attention of researchers and it has a wide application prospect in the field of optoe -lectronics.The structure and property of molybdenum disulfide were introduced , and the common methods for pre-paring molybdenum disulfide nano-films werepresented .Meanwhile,the common methods of characterizing molyb-denum disulfide nano-films were given.【期刊名称】《中国钼业》【年(卷),期】2018(042)003【总页数】5页(P6-10)【关键词】二硫化钼;结构和性质;材料制备;薄膜表征【作者】李瑞东;张浩;潘志伟;白志英;孙俊杰;邓金祥;王建鹏【作者单位】北京工业大学,北京100124;防灾科技学院,河北三河065201;北京工业大学,北京100124;北京工业大学,北京100124;北京工业大学,北京100124;北京工业大学,北京100124;北京工业大学,北京100124;河北省地矿局第七地质大队,河北三河065201【正文语种】中文【中图分类】TF125.2+410 引言二维材料是指由单原子层或少数原子层构成的晶体材料，其概念可以追溯到十九世纪初期。

第３９卷第２期杭州电子科技大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．２ ２０１９年３月Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｄｉａｎｚｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）Ｍａｒ．２０１９　ＤＯＩ：１０．１３９５４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｈｄｕ．２０１９．０２．０１４不同基底上生长极薄ＭｏＳ２的光电性能研究郑奇烨，彭英姿，吴小虎（杭州电子科技大学理学院物理系，浙江杭州３１００１８）收稿日期：２０１８－０５－１７基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（ＬＹ１６Ｆ０４０００３）作者简介：郑奇烨（１９９３－），男，研究方向：半导体光电性能。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｑｙｘｊｑ＠ｈｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

通信作者：彭英姿，副教授，研究方向：二维半导体、稀磁半导体、电子自旋与谷极化。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｚｉｐ＠ｈｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

摘要：采用化学气相沉积法在不同基底表面生长极薄ＭｏＳ２薄膜并探究其光电性能。

研究了暗场下不同基底对应的Ｉ－Ｖ特性曲线、极薄ＭｏＳ２的光响应特性以及对于偏振光的反应特性。

从Ｉ－Ｖ特性曲线可知：极薄ＭｏＳ２与高掺Ｓｉ基底形成了明显的异质结结构，在正负偏压下均呈现指数增长特性。

此外，ＭｏＳ２薄膜对于６３３ｎｍ激光有明显的光响应，在不同偏振态的偏振光作用下，其电阻与静态电流呈现周期性变化，其变化周期约为π。

关键词：ＭｏＳ２；不同基底；异质结；Ｉ－Ｖ特性；偏振光中图分类号：Ｏ４８４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－９１４６（２０１９）０２－００７７－０５０　引　言随着现代电子工业技术的不断发展，传统硅基晶体管的尺寸越来越接近摩尔定律的极限，寻找一种替代硅的新材料尤为重要。

以二硫化钼（ＭｏＳ２）为代表的过渡金属硫化物（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ＭｅｔａｌＤｉｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅｓ，ＴＭＤ）便是一种颇具潜力有望延续摩尔定律的新型材料。

随着ＭｏＳ２层数的减小，其带隙不断增大，单层ＭｏＳ２带隙可达到１．８ｅＶ［１］，属于直接带隙半导体。

收稿日期:2005203209基金项目:山东省科学技术发展计划项目(032110102)作者简介:侯圣英(19812),男,硕士研究生.研究方向为气相沉积耐磨涂层.E 2mail :houshengying @　文章编号:167223961(2005)0620020204非平衡磁控溅射离子镀MoS 22Ti 复合薄膜的结构及性能侯圣英1,高　蕊2,孟祥娟3,张晓玲1,孙玉璞1(1.山东大学　材料科学与工程学院,　山东　济南　250061;2.济南大学　土木建筑学院,　山东　济南　250014;3.日照裕鑫动力有限公司,　山东　日照　276800)摘要:用非平衡磁控溅射离子镀法沉积了钛含量不同的M oS 22T i 复合薄膜,电子探针分析表明共沉积钛可以降低M oS 2薄膜中氧杂质的含量,XRD 分析显示薄膜具有类似非晶的结构.划痕试验结果显示薄膜的临界载荷都大于100N ,球盘磨损试验结果显示M oS 22T i 复合薄膜比M oS 2薄膜耐磨性好,并且摩擦系数低于0.07.关键词:二硫化钼;钛;复合薄膜;摩擦性能中图分类号:TG 156 文献标识码:AStructure and properties of MoS 22Ti composite films deposited byunbalanced magnetron sputter ion platingH OU Sheng 2ying 1,　G AO Rui 2,　ME NG X iang 2juan 3,　ZH ANG X iao 2ling 1,　S UN Y u 2pu1(1.School of Materials Science and Engineering ,　Shandong University ,　Jinan 250061,　China ;2.School of Civil Engineering and Architecture ,　Jinan University ,　Jinan 250014,　China ;3.Rizhao Y uxin P ower Limited C om pany ,　Rizhao 276800,　China )Abstract :M oS 22T i com posite films with different titanium concentrations are deposited by unbalanced magne 2tron sputter ion plating.Electron probe microanalysis (EPM A )shows that the oxygen content of the M oS 2films can be decreased by co 2depositing titanium.XRD indicates that the films are quasi 2am orphous structure.T he scratch tests sh ow that the films underg o n o failure up to a load of 100N.T he pin 2on 2disc tests indicate that theM oS 22T i com posite films are m ore wear resistant than M oS 2film and retain low friction coefficients (under 0.07).K ey w ords :M oS 2;titanium ;com posite film ;tribological property0　引言由于M oS 2具有六方层状结构,其摩擦系数低,是很好的固体润滑材料.溅射沉积M oS 2薄膜在真空或惰性气体中摩擦系数低,耐磨寿命高,已被成功地应用于真空和太空环境中【1】.但在潮湿空气中,其摩擦系数升高,耐磨寿命降低【2】.研究者们通过共沉积各种物质形成M oS 2基复合膜来提高M oS 2薄膜在空气中的耐磨性能,共沉积的物质有:Au ,Pb ,T i ,Cr ,Zr ,W ,WSe 2等【3～5】.通过共沉积可以改善薄膜结构,提高薄膜致密性,避免氧化吸潮,提高薄膜的抗湿性　第35卷　第6期V ol.35　N o.6 山　东　大　学　学　报　(工　学　版)JOURNA L OF SH ANDONG UNIVERSITY (E NGINEERING SCIE NCE )2005年12月　Dec.2005　能,弥散强化,提高薄膜耐磨寿命.本文用非平衡磁控溅射离子镀法沉积了钛含量不同的M oS 22T i 复合薄膜,分析了薄膜的结构、硬度、附着性和摩擦性能,并探讨了钛含量对薄膜结构和性能的影响.1　试验方法沉积M oS 22T i 复合薄膜的设备为英国T eer 涂层公司UDP 2650型封闭场非平衡磁控溅射离子镀系统,该镀膜设备装有一个钛靶和3个二硫化钼靶.基体为经抛光的硅片(用以成分和结构分析)和M42高速钢(66268HRC ).薄膜沉积过程:离子轰击清洗→沉积钛过渡层→沉积复合层.首先在高基体偏压、小钛靶电流下,用高能氩离子和钛离子对基体进行轰击清洗,清除表面吸附的杂质.然后降低基体偏压,增大钛靶电流,沉积钛过渡层,以提高膜基结合强度.最后降低基体偏压、减小钛靶电流、增大二硫化钼靶电流到各自的设定值,沉积M oS 22T i 复合层.最后沉积的复合层分为低钛(M oS 22LT i )和高钛(M oS 22HT i )两种,另外沉积了纯M oS 2层以做比较.用JX A 28800R 型电子探针的波谱仪分析薄膜的成分.用Philips 310型X 射线衍射(XRD )分析薄膜的相结构,分析射线为Cu K α,θ-2θ连动模式,扫描速度为2.4°Πmin.薄膜的厚度用球磨法测量.用Fischerscope 动态硬度仪测薄膜的硬度和弹性模量,采用维氏金刚石压头,测试载荷0.4～10mN ,测试温度18℃.用ST2200型划痕试验机测试膜基结合性,所用载荷为10～100N ,加载速度为100N Πmin ,划动速度为10mm Πmin.用球盘磨损仪测试薄膜的摩擦性能,以直径5mm 的WC 26%C o 球为摩擦副,载荷为40,80N ,轨道直径分别为10,8mm ,滑动速度恒为0.2m Πs ,试验时间最长为1h ,测试温度为20～24℃,相对湿度为25%～35%.2　试验结果及分析2.1　薄膜成分及结构薄膜的成分见表1,由于薄膜的厚度只有1.3μm ,薄膜的成分分析结果中包含钛过渡层中的钛元素,所以表1中的钛含量大于M oS 22T i 复合层的实际钛含量.氧是溅射沉积M oS 2薄膜中常见的杂质,以M oO 3或M oS 2-x O x 的形式存在,M oS 2-x O x 对薄膜的性能影响不大,而M oO 3会降低薄膜的摩擦性能【6】.由表1可以发现,薄膜氧含量随钛含量的增加而降低,说明共沉积钛可以降低M oS 2薄膜中的氧杂质含量,从而有利于提高薄膜的摩擦性能.表1　薄膜的成分T ab.1　C ompositions of the films%试样编号M o S T iO M oS 221.8955.16 6.516.45M oS 22LT i 22.8354.0310.1313.01M oS 22HT i20.8652.7113.9112.523种薄膜的XRD 谱见图1,每一条谱线上都有两个衍射带.一个衍射带在2θ为8～20°处,其中心约在13°,这是由M oS 2(002)晶面衍射产生的;另一个很宽的衍射带在2θ为30°～50°处,这是由M oS 2(100),(101)和(103)等晶面衍射产生的.M oS 2(002)衍射峰的中心位置随钛含量的增加稍微向低角度偏移,其衍射强度也随之降低.XRD 谱说明M oS 22T i 复合薄膜具有类似非晶的结构,薄膜可能是由纳米晶组成的,并且随着钛含量的增加,薄膜的无序度增大,M oS 2的c 轴增长,这与Rigato 等【7】的研究结果相一致.获得类非晶薄膜的原因可能是共沉积钛阻碍了M oS 2晶核的形成和生长.共沉积的钛原子可能位于结合力较小的M oS 2晶层之间,即两相邻的硫原子层之间,使(002)晶面间距增大,因此使M oS 2晶体的c 轴增长.(a )M oS 2,(b )M oS 22LT i ,(c )M oS 22HT i图1　薄膜的XRD 谱Fig.1　XRD patterns of the films2.2　薄膜的性能2.2.1　薄膜的附着性及硬度划痕试验结果显示3种薄膜的临界载荷都大于12　第6期侯圣英,等:非平衡磁控溅射离子镀M oS 22T i 复合薄膜的结构及性能　100N ,光学显微镜观察显示薄膜没有明显剥落,这说明薄膜与基体的结合性很好.M oS 22HT i 薄膜的划痕试验结果和划痕形貌如图2和图3所示.一方面,钛与铁基体的亲和性好,容易进行互扩散促进界面结合;另一方面,钛过渡层可以缓冲薄膜与基体之间的性能差异,从而提高膜基结合强度.图2　M oS 22HT i 薄膜的划痕试验结果Fig.2　Scratch test result of the M oS 22HT i film图3　M oS 22HT i 薄膜的划痕形貌Fig.3　Scratch m orphology of the M oS 22HT i film薄膜的硬度和弹性模量都随钛含量增加而升高,M oS 22HT i 薄膜的硬度H 达到980H V ,比M oS 2薄膜的硬度550H V 高将近一倍,弹性模量达到110G Pa ,见图4.钛的固溶使二硫化钼晶格发生畸变,从而提高薄膜的变形抗力,在一定范围内钛含量越高图4　薄膜的硬度和弹性模量Fig.4　Hardness and elastic m odulus of the films其强化效应越强,因此薄膜的硬度和弹性模量越高.2.2.2　薄膜的摩擦性能球盘磨损试验显示,M oS 22T i 复合薄膜的摩擦系数μ低于0.07,随钛含量的升高摩擦系数增大,并且高载荷下薄膜的摩擦系数较小,见图5.同时,含钛薄膜的摩擦系数在磨损的初期较大,随后逐渐减小,而M oS 2薄膜没有这种情况.钛含量升高薄膜的晶格畸变增大,致使M oS 2层间滑动所需的切应力增加,所以摩擦系数增大.无序度大的含钛薄膜在磨损过程中可能发生重新取向,易滑移的M oS 2(002)晶面平行基体表面择优取向,使滑动阻力减小,因此摩擦系数减小.图5　在(a )40N 和(b )80N 下的球盘磨损试验结果Fig.5　Results of pin on disc wear test at (a )40N and(b )80N loads22　山　东　大　学　学　报　(工　学　版)第35卷　 薄膜的比磨损率ω随钛含量的升高而降低,见图6,这说明通过共沉积钛可以提高M oS 2薄膜的耐磨性.M oS 2薄膜磨损的主要原因是在氧气和水蒸气的共同作用下M oS 2氧化生成M oO 3【6】.一方面,共沉积的钛原子最有可能位于M oS 2晶层之间,这种固溶方式可以有效地阻碍氧气和水蒸气向薄膜内部扩散,从而提高薄膜的抗氧化性和耐磨性.另一方面,共沉积钛提高了薄膜的硬度和弹性模量,也有利于提高薄膜的耐磨性.图6　薄膜的比磨损率Fig.6　S pecific wear rate of the films3　结论(1)非平衡磁控溅射离子镀M oS 22T i 复合薄膜具有类似非晶的结构,并且薄膜的无序度随着钛含量的增加而增大.(2)非平衡磁控溅射离子镀M oS 22T i 复合薄膜与基体的结合性很好,临界载荷高于100N. (3)共沉积钛可以提高M oS 2薄膜在空气中的耐磨性能,并且保持着M oS 2薄膜的低摩擦特性.参考文献:[1]ROBERTS E W.Thin s olid lubricant films in space [J ].T ri 2bology International ,1990,23:952104.[2]AUBERT A ,NABOT J P ,PE NAUX P.Preparation and prop 2erties of M oS x films grown by direct current magnetron sputter 2ing[J ].Surface and C oatings T echnology ,1990,41:1272134.[3]SI M M ONDS M C ,S AVAN A ,VAN SWYGE NH OVE N H ,etal.S tructural ,m orphological ,chemical and tribological inves 2tigations of sputter deposited M oS x Πmetal multilayer coatings [J ].Surface and C oatings T echnology ,1998,109:3402344.[4]RE NE VIER N M ,FOX V C ,TEER D G,et al.C oating char 2acteristics and tribological properties of sputter 2deposited M oS 2Πmetal composite coatings deposited by closed field unbalanced magnetron sputter ion plating[J ].Surface and C oatings T echn 2ology ,2000,127:24237.[5]SI M M ONDS M C ,S AVAN A ,PF L üGER E ,et al.Mechanicaland tribological performance of M oS 2co 2sputtered composites [J ].Surface and C oatings T echnology ,2000,126:15224.[6]F LEISCH AUER P D ,LI NCE J R.A comparis on of oxidationand oxygen substitution in M oS 2s olid film lubricants[J ].T ri 2bology International ,1999,32:6272636.[7]RIG AT O V ,M AGGI ONI G,BOSC ARI NO D ,et al.A study ofthe structural and mechanical properties of T i 2M oS 2coatings de 2posited by closed field unbalanced magnetron sputter ion plating [J ].Surface and C oatings T echnology ,1999,116:1762183.(编辑:孙广增)32　第6期侯圣英,等:非平衡磁控溅射离子镀M oS 22T i 复合薄膜的结构及性能　。

单层MoS2分子掺杂的第一性原理研究∗刘俊梁培†舒海波沈涛邢凇吴琼(中国计量学院光学与电子科技学院,杭州310018)(2014年1月25日收到;2014年2月27日收到修改稿)基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法的计算,研究了通过吸附不同有机分子对单层MoS2进行化学掺杂.计算结果表明有机分子与MoS2单层衬底间的相互作用主要是范德瓦尔斯作用力.吸附不同有机分子的单层MoS2结构均表现出间接带隙的特征,还表明吸附TTF分子的单层MoS2结构表现出n型半导体的特质,而吸附TCNQ,TCNE两种分子的单层MoS2结构均表现出p型半导体的性质,这些结果表明可以通过改变吸附的分子来实现对单层MoS2的掺杂类型的调控.本文的研究结果将对单层MoS2在晶体管中的应用提供理论基础和指导.关键词:MoS2,密度泛函理论,有机分子吸附,分子掺杂PACS:71.15.Mb,68.47.Pe,61.72.U–DOI:10.7498/aps.63.1171011引言近年来随着石墨烯[1−3]等二维层状纳米材料研究热潮的兴起,一类新型的二维层状化合物——类石墨烯二硫化钼引起了物理、化学、材料、电子等众多领域研究人员的广泛关注[4−7].类石墨烯蜂窝状二硫化钼单层结构是由六方晶系的单层二硫化钼组成的具有三明治夹心层状结构的准二维晶体结构:单层二硫化钼由三层原子层构成,中间一层为钼原子层,上下两层均为硫原子层,钼原子层被两层硫原子层所夹形成类三明治结构,钼原子与硫原子以共价键结合形成二维原子晶体;多层二硫化钼由若干单层二硫化钼组成,一般不超过五层,层间存在弱的范德华力,层间距约为0.65nm[8].单层二硫化钼(MoS2)[9]可以通过机械剥离的方法直接从它们母体材料中得到,由于量子尺寸效应的影响这些准二维纳米材料表现出许多优于块体材料的力学、电子、光学和化学性质[10].另外一方面,由于摩尔定律的限制,科学家在寻找下一代半导体材料时尤为关注低维纳米材料.作为一种电子性质优异的半导体材料,单层MoS2在电子器件领域的研究一直受到了广泛的关注[11]. Cao等研究了过渡金属V,Cr,Mn掺杂单层MoS2的电子结构、磁性和稳定性[12].在常规的半导体工艺中,一般采用掺杂的方式实现对半导体材料的p 型和n型掺杂以最终实现p-n结的制备,构建最好的电路逻辑单元.但是在低维材料中,尤其是二维材料中,常规的掺杂工艺会影响到载流子的输运效率,还会在在一定程度上破坏半导体材料结构,在掺杂缺陷位会产生载流子的散射.因此,寻求一种新的有效的掺杂方式,对于二维半导体纳米材料尤为重要.分子掺杂是一种利用表面吸附物中电子转移,实现对半导体进行掺杂的一种方式,在半导体纳米线[13],石墨烯材料[14−16]中已经得到了广泛的应用.最近Mouri等[17]通过有机分子吸附成功的在实验上实现了对层状MoS2的p型和n型掺杂.尽管如此,化学掺杂由于其复杂的吸附过程和材料之间的弱相互作用使得这种掺杂比起传统的掺杂而言更复杂,因此弄清楚化学掺杂的过程和相关的作用机理,对实现低维材料,尤其是二维材料的有∗国家自然科学基金(批准号:61006051,61177050),浙江省大学生科技创新活动计划(批准号:2013R409016)和浙江省科技厅公益技术应用研究(批准号:2013C31068)资助的课题.†通讯作者.E-mail:plianghust@©2014中国物理学会Chinese Physical Society 效化学掺杂有着重要的研究意义.本文采用密度泛函理论(DFT)研究了在MoS 2表面上几种有机分子吸附的形态,以及其对MoS 2单层的电子性质的影响,利用电荷转移理论和能带理论从机理上解释了不同有机分子和MoS 2单层结构的作用机理,最后阐明了不同有机分子的化学掺杂对于MoS 2准二维材料的电子性质的调节机理,为MoS 2的在晶体管领域的应用提供理论依据.2模型与计算方法本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,利用VASP (vienna ab initio sim-ulation package)软件进行计算[18,19].计算中,交换关联能采用了广义梯度近似(GGA)的PBE 泛函[20],平面波截断能为350eV,电子-离子间相互作用采用投影缀加平面波方法(PAW)来描述[21].优化过程中,单个原子能量收敛精度为10−3eV,原子受力最大值0.01eV/Å,总能计算中采用Gamma 方案6×6×1的积分网格对布里渊区积分.TTFTCNQTCNEMoS 2C H NSMo图1(网刊彩色)单层MoS 2与所吸附有机分子的计算模型计算体系选取MoS 2单层结构,即无极性的(0001)面.为了避免不同的吸附分子之间的相互作用选取5×5×1共75个原子的超胞作为研究对象,为了避免MoS 2在z 轴方向的影响,在[001]方向加上18Å的真空层.为了实现有效的分子掺杂技术,本文选择了一种优异的电子给主Tetrathiafulvalene(TTF)和优异的电子受主Tetracyanoquinodimethane(TCNQ)和Tetra-cyanoethenide(TCNE)作为分子掺杂源,这三种分子在分子器件中已经得到了广泛的应用[22,23].MoS 2表面上吸附的有机分子分别为TTF,TCN-Q 和TCNE,如图1所示.建模过程基于有机分子的对称性和MoS 2的周期性,每种有机分子与衬底所对应的构型如图2所示,考虑到计算体系的稳定性,建模过程中只选取了和MoS 2(0001)面平行吸附的构型作为计算模型.对于三种不同的有机分子根据分子对称性,分别选择了TCNQ 的中心对应(a1)空位,(a2)Mo 原子位,(a3)S 原子位;(b1)—(b4)分别表示有机分子TTF 的中心C—C 键平行于S—Mo 键,垂直于S—Mo 键,I 空位,T 空位;(c1)—(c4)分别表示有机分子TCNE 的中心C—C 键在I 空位,平行于S—Mo 键,T 空位,垂直于S—Mo 键.3结果与讨论为了明晰有机分子化学掺杂的本质,本文首先通过计算和比较不同的吸附构型的总能来确定吸附体系的稳定性和形态.初始状态下,吸附分子在平行于MoS 2的(0001)面且与MoS 2垂直高度2.6Å的位置,远大于相应的原子的范德华半径之和.根据吸附分子的构型不同,考虑了两套不同的吸附位置.TTF 分子、TCNE 分子与MoS 2单层的结合体系有机分子的中心C—C 键垂直于S—Mo 键,平行于S—Mo 键,I 空位,T 空位;TCN-Q 分子:有机分子的中心对应Mo 原子位,S 原子位,空位,如图2所示.在MoS 2单层分别与TTF,TCNQ,TCNE 形成的体系中,最趋于稳定的三种组态如图3所示.表1吸附不同有机分子后有机分子和MoS 2衬底之间的高度(Å)以及结合能(eV)模型d/ÅE ab /eV MoS 2-TTF 3.16−0.0572MoS 2-TCNQ 3.03−0.0978MoS 2-TCNE3.17−0.2172为了研究不同体系的结合的稳定性,设定了结合能E ab ,其计算公式如下[24]:E ab =E total −E mo −E MoS 2,(1)其中,E total ,E MoS 2,E mo 分别表示不同的吸附体系总能量、单层MoS 2的能量、单个有机分子的能量.结合能作为吸附稳定性的一个判据,根据定义其数值为负时,表示反应是一个放热反应,其绝对值越大则表示分子与MoS 2间的相互作用越强,体系也越稳定.在TTF,TCNQ,TCNE 与MoS 2所形成的体系中,最稳定的三种组态的结合能分别为−0.098eV,−0.057eV,−0.217eV.由于计算得到的结合能为负值表明这些有机小分子吸附在MoS2表面属于放热反应,可以在室温条件下自发形成.MoS2-TTF各组态的能量差值的范围为2—38meV,MoS2-TCNQ各组态的能量差值的范围为41—88meV,MoS2-TCNE各组态的能量差值的范围为10—42meV.通过结构优化,吸附体系的吸附能和分子间距结果如表1所示,从计算结果可以得出表面吸附物和衬底之间并没有化学键作用,而是物理吸附,因此有机分子与MoS2衬底间的相互作用主要是范德瓦耳斯力相互作用.从吸附能也可以看出,单个有机分子的吸附能大约在几十到二百meV数量级,属于弱相互作用.(a1)(a2)(a3)(b1)(b2)(b3)(b4)(c1)(c2)(c3)(c4)(a) MoS2-TTF(b) MoS2-TCNQ(c) MoS2-TCNE图2(网刊彩色)(a)表示TCNQ分子与单层MoS2衬底构成体系的不同组态,(a1)—(a3)分别表示有机分子TCNQ的中心对应空位,Mo原子位,S原子位;(b)表示TTF分子与单层MoS2衬底构成体系的不同组态,(b1)—(b4)分别表示有机分子TTF 的中心C—C键平行于S—Mo键,垂直于S—Mo键,I空位,T空位;(c)表示TCNE分子与单层MoS2衬底构成体系的不同组态,(c1)—(c4)分别表示有机分子TCNE的中心C—C键在I空位,平行于S—Mo键,T空位,垂直于S—Mo键图3(网刊彩色)(a),(b),(c)分别表示吸附有机分子TTF,TCNQ,TCNE后不同构型各自最稳定的组态,与各组态对应的结构的优化结果(a)(b)(c)网刊彩色)不同构型体系的部分电荷密度图(a),(b),(c)分别表示吸附MoS2的结构MoS2-TTF,MoS2-TCNQ,MoS2-TCNE的VBM,为了分析吸附体系的电子结构的贡献,本文还计算了MoS 2-TTF,MoS 2-TCNQ,MoS 2-TCNE 三个体系的价带顶和导带底的部分电荷密度.结果表明吸附了受主杂质分子TCNQ 吸附MoS 2单层的导带底(CBM)来自TCNQ 分子下方且靠近H 原子的Mo-d 电子,价带顶(VBM)来自Mo 原子的p 电子,从图5的部分电荷密度图中可以得出:局域能级全来自于有机分子TCNQ 中S-p 和C-p 电子.吸附受主杂质TCNE 的单层MoS 2的导带底(CBM)主要来自TCNE 分子下方的Mo-d 电子,也有少部分是由TCNE 分子下方周围的Mo 原子的d 电子贡献,价带顶(VBM)来自Mo-P 电子,局域能级全来自于有机分子TCNE 中C-p 和N-p 电子.掺杂施主杂质TTF 的单层MoS 2的导带底(CBM)主要来自TTF 分子下方周围且靠近H 原子的Mo-d 电子,也有少部分是由TCNE 分子下方周围的且离H 原子较远的Mo-d 电子贡献,价带顶(VBM)来自Mo-p 电子,局域能级全来自于有机分子TTF 中C-p 和N-p 电子.以上结果表明有机分子掺杂会导致MoS 2单层结构中Mo 原子的电子出现局域化.为了解释在不同的体系中,对于CBM 和VMB 电荷的分布,本文还对MoS 2-TTF,MoS 2-TCNQ,MoS 2-TCNE 等三个体系做了差分电荷密度,其结果如图6所示.从图6可以看出,三种不同的吸附分子都发生了电荷重排,正负电荷发生了分离,在分子的边缘处出现了正电荷聚集的现象,通过这个电荷重排在吸附的有机小分子内部出现电偶极矩,通过这个电偶极矩的作用使得单层MoS 2分子中Mo-d 电子发现了重新分布,Mo-d 电子和有机分子的边缘相互吸引,是导致上述Mo-d 电子局域化的原因.这点和极性有机分子吸附在Si 表面的现象是类似的[27].(a)(b)(c)图6(网刊彩色)不同构型体系的差分电荷密度图(a),(b),(c)分别表示吸附TTF,TCNQ,TCNE 三种分子的单层MoS 2的结构MoS 2-TTF,MoS 2-TCNQ,MoS 2-TCNE 的差分电荷密度图4结论本文采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势的方法研究了通过化学掺杂方式吸附不同有机分子对单层MoS 2电子性质的影响.结合能计算表明单层MoS 2吸附TTF,TCNQ,TCNE 不同分子的结合能分别为−57.2meV/cell,−97.8meV/cell,−217.2meV/cell,有机分子与MoS 2单层衬底间的相互作用主要是范德瓦尔斯作用力;同时,结合能计算表明在MoS 2单层上吸附有机分子进行MoS 2的化学掺杂是可行的,吸附后有机分子发生了不同程度的形变.电子结构计算表明吸附不同有机分子的单层MoS 2结构均表现出间接带隙的特征,同时能带结构还表明吸附TTF 分子的单层MoS 2结构表现出n 型导电性质,而吸附TCNQ,TCNE 两种分子的单层MoS 2结构均表现出p 型导电性质,说明通过有机分子进行分子吸附来实现对MoS 2单层的掺杂是可行的,并且可以通过改变吸附的分子类型来实现对单层MoS 2的到点类型以及对带隙的调控.最后,电荷密度表明吸附后的结构的导带底均由有机分子周围或者下方的Mo-d 电子提供,价带顶由Mo-d 电子提供,所以吸附有机分子后的结构的杂质能级表现出局域化,为工艺生产及应用奠定了一定基础.本文的结果将对单层MoS 2在电子器件及光电子器件方面的应用提供理论基础和指导.参考文献[1]Ahn H S,Kim J M,Park C,Jang J W,Lee J S,Kim H,Kaviany M,Kim M H2013Sci.Rep.31960[2]Ai W,Xie L H,Du Z Z,Zeng Z Y,Liu J Q,Zhang H,Huang Y H,Huang W,Yu T2013Sci.Rep.32341[3]Allain A,Han Z,Bouchiat V2012Nat.Mater.11590[4]Ataca C,Şahin H,Ciraci S2012J Phys.Chem.C1168983[5]Gong J2012Chem.Rev.1122987[6]Peng Q,Crean J,Dearden A K,Huang C,Wen X,Bor-das S P A,De S2013Mod.Phys.Lett.B271330017[7]Xu M,Liang T,Shi M,Chen H2013Chem.rev.1133766[8]Kong D,Wang H,Cha J J,Pasta M,Koski K J,Yao J,Cui Y2013Nano lett.131341[9]Matte H S S R,Gomathi A,Manna A K,Late D J,Datta R,Pati S K,Rao C N R2010Angew.Chem.Int.Edit.494059[10]Wu M S,Xu B,Liu G,OuYang C Y2012Acta Phys.Sin.61227102(in Chinese)[吴木生,徐波,刘刚,欧阳楚英2012物理学报61227102][11]Wang H,Yu L,Lee Y H,Shi Y,Hsu A,Chin M L,LiL J,Dubey M,Kong J,Palacios T2012Nano Lett.12 4674[12]Cao J,Cui L,Pan J2013Acta Phys.Sin.62187102(inChinese)[曹娟,崔磊,潘靖2013物理学报62187102] [13]Miranda D A,Cartoixa X,Cruz I M,Rurali R2010NanoLett.103590[14]Cheng J,Wang W L,Mosallaei H,Kaxiras E2013NanoLett.1450[15]Coletti C,Forti S,Principi A,Emtsev K V,ZakharovA A,Daniels K M,DaasB K,Chandrashekhar M VS,Ouisse T,Chaussende D,MacDonald A H,Polini M, Starke U2013Phys.Rev.B88155439[16]Liu H,Liu Y,Zhu D2011J.Mater.Chem.213335[17]Mouri S,Miyauchi Y,Matsuda K2013Nano Lett.135944[18]Kresse G,Furthmüller J1996Phys.Rev.B5411169[19]Wu Q,Liu J,Dong Q M Liu Y,Liang P,Shu H B2014Acta Phys.Sin.63067101(in Chinese)[吴琼,刘俊,董前民,刘阳,梁培,舒海波2014物理学报63067101][20]Porezag D,Pederson M R1999Phys.Rev.A602840[21]Kresse G,Joubert J1999Phys.Rev.B591758[22]Rovira C2004Chem.Rev.1045289[23]Metzger R M1999Accounts Chem.Res.32950[24]Liang P,Liu Y,Wang L,Wu K,Dong Q M,Li X Y2012Acta Phys.Sin.61153102(in Chinese)[梁培,刘阳,王乐,吴珂,董前民,李晓艳2012物理学报61153102][25]Pan H,Zhang Y W2012J.Mater.Chem.227280[26]Tang Q,Zhou Z,Chen Z2011J.Phys.Chem.C11518531[27]Xu Y,Hofmann O T,Schlesinger R,Winkler S,Frisch J,Niederhausen J,Vollmer A,Blumstengel S,Henneberger F,Koch N,Rinke P,Scheffler M2013Phys.Rev.Lett.111226802First principles study on molecule doping in MoS2monolayer∗Liu Jun Liang Pei†Shu Hai-Bo Shen Tao Xing Song Wu Qiong(College of Optical and Electronic Technology,China Jiliang University,Hangzhou310018,China)(Received25January2014;revised manuscript received27February2014)AbstractThe chemical doping of organic molecules adsorbed on MoS2monolayers are systematically studied by using plane-wave pseudo-potential method based on the density functional theory.Our results indicate that the interaction between organic molecules and the MoS2monolayer substrate is of van der Waals’type of force.Structure of monolayer MoS2 which adsorbs different organic molecules,exhibits indirect bandgap characteristics,and the energy band structure of monolayer MoS2which adsorbs TTF molecules exhibits n-type conducting characteristics.However,the structures of monolayer MoS2which adsorbs TCNQ or TCNE molecules would exhibit p-type conductivity characteristics.Thus,the results indicate that the doping type of molecules in monolayer MoS2can be regulated by adsorbing different molecules. Results of this study may provide a theoretical basis for single-layer MoS2transistor and guidance for it in the application.Keywords:density functional theory,MoS2,organic molecules adsorption,molecule dopingPACS:71.15.Mb,68.47.Pe,61.72.U–DOI:10.7498/aps.63.117101*Project supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos.61006051,61177050),the College students in Zhejiang Province Science and Technology Innovation Activities Plan,China(Grant No.2013R409016),and the Science and Technology Department of Zhejiang Province Public Interest Research Technology,China(Grant No.2013C31068).†Corresponding author.E-mail:plianghust@。

钛合金表面离子束增强沉积MoS2基膜层及其性能
钛合金表面离子束增强沉积MoS2基膜层及其性能
将离子束增强沉积（IBED）技术与离子束溅射沉积技术相结合，在钛合金表面制备了MoS2，MoS2-Ti复合膜。

研究了膜层的形态、结构、膜基结合强度、硬度、摩擦学性能及抗微动（fretting）损伤性能。

结果表明：所获膜层较纯溅射膜结合强度高、致密性好，复合膜中允许的金属元素含量大。

通过恰当地控制复合膜中Ti的含量，可获得以（002）基面择优取向的MoS2-Ti复合膜，该膜层有较好的减摩和抗磨综合性能，能够显著地改善钛合金的常规磨损、微动磨损（FW）和微动疲劳（FF）性能，特别是在磨损严重的大位移整体滑移条件下，MoS2-Ti复合膜对钛合金FF抗力的提高作用可大于喷丸形变强化处理。

作者：刘道新唐宾陈华何家文 LIU Dao-xin TANG Bin CHEN Hua HE Jia-wen 作者单位：刘道新,LIU Dao-xin(西北工业大学民航工程学院,)
唐宾,TANG Bin(太原理工大学表面工程研究所,)
陈华,何家文,CHEN Hua,HE Jia-wen(西安交通大学)
刊名：中国有色金属学报ISTIC EI PKU英文刊名：THE CHINESE JOURNAL OF NONFERROUS METALS 年，卷(期)：2001 11(3) 分类号：O484 关键词：钛合金离子束增强沉积 MoS2复合膜摩擦磨损微动疲劳喷丸强化。

2020届硕士学位论文二维材料MoS在铟门电极调控下的光电2性质研究作者姓名石保军指导教师王申副教授学科专业凝聚态物理研究方向二维材料培养单位理论物理研究所学习年限2017年9月至2020年6月二〇二零年六月山西大学2020届硕士学位论文在铟门电极调控下的光电二维材料MoS2性质研究作者姓名石保军指导教师王申副教授学科专业凝聚态物理研究方向二维材料培养单位理论物理研究所学习年限2017年9月至2020年6月二〇二〇年六月Thesis for Master’s degree,Shanxi University,2020Photoelectric properties of two-dimensional material MoS2 under the control of indium gate electrodeStudent Name Baojun ShiSupervisor Prof.Shen WangMajor Condensed matter PhysicsSpecialty Two-dimensional materialDepartment Institute of Theoretical PhysicsResearch Duration2017.09-2020.06June,2020目录目录中文摘要 (I)ABSTRACT (III)第一章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2体MoS2及其二维材料的物理特性 (2)1.2.1体MoS2材料的物理性质 (2)1.2.2二维MoS2材料的物理性质 (3)1.3MoS2材料的能带结构 (4)1.3.1TMDS的能带结构 (4)1.3.2MoS2材料的能带结构随层数变化理论 (5)1.4二维TMDS的应用 (5)1.4.1电子设备 (5)1.4.2光电设备 (6)1.4.3传感设备 (6)1.4.4储能设备 (6)1.5本论文的研究内容及创新性工作 (7)第二章二维材料的制备方法和表征设备 (9)2.1二维材料制备方法 (9)2.1.1机械剥离法 (9)2.1.2离子插入剥离法 (9)2.1.3液体剥离法 (10)2.1.4气相外延生长法（CVD） (10)2.2材料表征设备 (11)2.2.1金相显微系统 (11)2.2.2原子力显微镜（AFM） (12)2.2.3拉曼（Raman）光谱仪 (13)二维材料MoS2在铟门电极调控下的光电性质研究2.3本章小结 (14)第三章二维MoS2样品的表征 (15)3.1单层及少层MoS2样品的制备 (15)3.2MoS2样品的表面形貌 (15)3.2.1单层及少层MoS2样品的光学图像 (15)3.2.2单层MoS2样品的AFM图像 (16)3.3MoS2样品的PL谱 (16)3.4MoS2样品的Raman图像 (17)3.4.1层数变化对MoS2拉曼光谱的影响 (17)3.4.2激发功率对MoS2拉曼光谱的影响 (19)3.5本章小结 (22)第四章铟电极的配置和铟门控下二维MoS2的光电性质 (23)4.1铟电极的配置 (23)4.1.1铟电极配置过程 (23)4.1.2铟电极/样品的光学图像 (24)4.2铟电极与MoS2样品的接触特性 (24)4.3类PN结电性质 (26)4.3.1PN结理论 (26)4.3.2二维MoS2/体材料的光学显微图像 (27)4.3.3二维MoS2/体材料的伏安特性曲线 (27)4.4门电压调控下少层MoS2样品的Raman光谱 (28)4.5本章小结 (29)第五章总结与展望 (31)参考文献 (32)攻读学位期间取得的研究成果与参与科研的项目 (37)致谢 (39)个人简况及联系方式 (41)目录承诺书 (43)学位论文使用授权声明 (45)CONTENTSCONTENTSChinese Abstract (I)ABSTRACT (III)Chapter1Overview (1)1.1Background (1)1.2Properties of bulk MoS2and its two-dimensional materials (2)1.2.1Properties of Bulk MoS2Materials (2)1.2.2Physical properties of two-dimensional MoS2materials (3)1.3Band structure of MoS2material (4)1.3.1Band structure of transition metal double sulfide material (4)1.3.2Theory of band structure of MoS2material as a function of the number oflayers (5)1.4Application of two-dimensional transition metal disulfides (5)1.4.1Electronic equipment (5)1.4.2Optoelectronic equipment (6)1.4.3Sensing equipment (6)1.4.4Energy storage equipment (6)1.5The main content and innovative in this paper (7)Chapter2Preparation method and characterization equipment of two-dimensional material (9)2.1Two-dimensional material preparation method (9)2.1.1Mechanical exfoliation (9)2.1.2Ion insertion stripping (9)2.1.3Liquid stripping (10)2.1.4Vapor phase epitaxy（CVD） (10)2.2Material characterization equipment (11)2.2.1Metallographic microscopy system (11)二维材料MoS2在铟门电极调控下的光电性质研究2.2.2Atomic force microscope（AFM） (12)2.2.3Raman spectrometer (13)2.3Conclusion (14)Chapter3Surface morphology and optical properties of two-dimensional MoS2 samples (15)3.1Preparation of single-layer and few-layer MoS2samples (15)3.2Surface morphology of MoS2samples (15)3.2.1Optical images of single-layer and few-layer MoS2samples (15)3.2.2AFM image of single-layer MoS2sample (16)3.3PL spectrum of MoS2sample (16)3.4Raman image of MoS2sample (17)3.4.1Effect of Layer Number Changes on MoS2Raman Spectrum (17)3.4.2Effect of excitation power on MoS2Raman spectrum (19)3.5Conclusion (22)Chapter4Configuration of indium electrodes and photoelectric properties of two-dimensional MoS2under indium gate (23)4.1Configuration of indium electrode (23)4.1.1Indium electrode configuration process (23)4.1.2Optical image of indium electrode/sample (24)4.2Contact characteristics of indium electrode and MoS2sample (24)4.3PN-like junction properties (26)4.3.1PN junction theory (26)4.3.2Optical microscopic image of two-dimensional MoS2/bulk material (27)4.3.3V oltammetric characteristics of two-dimensional MoS2/bulk materials (27)4.4Raman spectrum of MoS2sample with few layers under the gate voltagecontrol (28)4.5Conclusion (29)Chapter5Summary and prospect (31)Reference (32)Publications During Master's study (37)Acknowledgements (39)Personal Profiles (41)Letter of Commitment (43)Authorization Statement (45)中文摘要近年来的研究表明，除了原子在材料中的构成和排列外，维度在决定它们的基础性质上也起着关键的作用。

第50卷第11期 辽 宁 化 工 Vol.50，No.11 2021年11月 Liaoning Chemical Industry November，2021基金项目： 国家自然科学基金（项目编号：51771125, 51472170）；四川省科技支撑项目（项目编号：2020YFG0102）。

MoO 2/MoS 2复合材料构建超疏水表面巩其麟（四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065）摘 要：超疏水材料表面构建的纳微粗糙度结构通常较为脆弱，且表面暴露于腐蚀性环境时通常会失去其超疏水性。

为了解决这一问题，本研究以MoO 3为原料，采用两步气相硫化法制备出MoO 2/MoS 2复合材料。

通过表征发现MoO 2/MoS 2复合材料具有良好的纳微粗糙度结构，且有优异的自润滑性和化学惰性。

采用聚四氟乙烯滤纸负载MoO 2/MoS 2复合材料粉末，所构建的表面具有超疏水性(水接触角154.9 °)和强液滴黏附力。

本研究结果为制备具有高黏附力、耐腐蚀、耐磨损的超疏水表面提供了新思路，为解决腐蚀性液体微液滴的无损转移提供了新途径。

关 键 词：超疏水表面；纳微米粗糙度；二硫化钼；二氧化钼；花瓣效应中图分类号：O647.11 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2021）11-1601-04超疏水表面通常是指与水接触时接触角在150° 以上的材料表面[1-2]。

自然界中，许多植物叶面、昆虫的翅膀和鸟类的羽毛等都具有超疏水性。

基于对这些特殊的生物表面的研究，人们设计并制备出了不同类型的超疏水表面。

其中，玫瑰花瓣表面结构表现出独特的花瓣效应，即“花瓣构型”，这引起了研究者们的浓厚兴趣[3-4]。

花瓣效应是指材料表面具有高黏附力的超疏水状态，这种独特的性质来源于花瓣表面的纳微米两级粗糙度。

在现代工业中，具有花瓣构型的超疏水材料被广泛应用于表面涂料、细胞操作、化学微反应和微流体装置开发等领域。