一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法与流程

1.本发明涉及材料学技术领域，涉及一种复合压电材料，更具体的说是涉及一种利用气相化学沉积法制备黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法。


背景技术：

2.量子科技作为新科技革命的突破口和科技制高点，将逐步影响到社会发展的各方面，推动人类进入量子文明时代。随着量子计算、量子通信、量子传感、量子测量等领域不断实现新突破，逐步成为经济社会跨越发展的基石和动力，而具有各种性能的量子点材料则是上述技术的基本载体。
3.半导体量子点可以通过分子束外延(mbe)或气相化学沉积(cvd)的方法得到，这两种方法均属于外延生长的方式。即，在一种半导体衬底材料上外延生长另一种半导体材料(这两种方法也可以生长非半导体材料)，在异质结面附近会结晶形成岛状的纳米结构，当满足量子点的要求时就形成量子点了。
4.压电材料是智能时代的关键材料。提起纳米压电材料，人们首先想到的是zno。具有纤锌矿结构及闪锌矿结构的zno具有压电效应，二维材料的压电效应是体材料中压电效应在二维形貌下的保持。mgo的体材料不具有压电效应，而在申请人制备的黑磷/氧化镁量子点(bp/mgo qd)晶体中，发现了较强的压电性。
5.从晶体学角度讲，二维形貌体现了晶体结构中三维对称性的破缺。因此，许多非压电块体材料在单层条件下会出现本征的压电特性。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，以解决现有技术中的不足。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
9.(1)将红磷和硼化镁进行研磨，得到混合粉末；
10.(2)将混合粉末放入无水乙醇中进行分散，然后进行烘干，得到烘干粉末；
11.(3)将烘干粉末进行高温处理，然后冷却至室温，即得磷/氧化镁量子点压电复合材料。
12.本发明利用气相化学沉积法制备出以黑磷为异质结内核基底，包覆mgo量子点的bp@mgo qd压电复合材料的技术原理为：
13.1、mgb2在加热过程中缓慢释放mg单质，同时生成mgb4或mgb7，在mg单质的缓慢释放过程中可以得到纳米级的mgo；
14.2、设计异质结内核基底，利用化学气相沉积法使此内核基底尺寸尽可能的小，最终用气态p做内核基底，制备出量子级的mgo；
15.3、选用mg以液相存在的温度，用固液混合的体系将p包裹，可以更好的保护p气体。
16.进一步，上述步骤(1)中，红磷和硼化镁的质量比为1:5。
17.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，硼化镁可缓慢释放镁单质，选用mg以液相存在的温度，用固液混合的体系将p包裹，可以更好的保护p气体。当温度降低时，bp@mgo qd晶体可通过化学气相沉积法生长出。
18.进一步，上述步骤(1)中，研磨的设备为真空球磨罐；研磨的时间为12h。
19.采用上述进一步技术方案的有益效果在于，通过真空球磨，可避免镁单质和红磷在空气中过早燃烧。
20.进一步，上述步骤(2)中，烘干的设备为烘箱；烘干的温度为60℃。
21.进一步，上述步骤(3)中，高温处理的设备为马弗炉或管式炉；高温处理的升温速率为5℃/min，温度为670℃，保温时间为12h。
22.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
23.通过mgb2缓慢释放mg单质，采用化学气相沉积法可制得层状bp@mgo qd晶体，其中mgo为量子点，且表现出明显极性，可应用于压电式传感器及量子技术等领域。
附图说明
24.图1为实施例1制得的bp@mgo qd的扫描电镜照片；
25.图2为实施例1制得的bp@mgo qd的透射电镜照片；
26.图3为实施例1制得的bp@mgo qd的xrd图谱；
27.图4为实施例1制得的bp@mgo qd的压电力显微镜pfm图，其中，图4(a)为高度图，图4(b)为法向振幅图，图4(c)为法向相位图。
具体实施方式
28.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例
30.黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
31.(1)将100g红磷和500g硼化镁放入真空球磨罐中研磨12h，得到混合粉末；
32.(2)将混合粉末放入无水乙醇中进行分散，然后放入烘箱中，在60℃温度下烘干，得到烘干粉末；
33.(3)将烘干粉末放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温至670℃，高温处理12h，然后冷却至室温，即得磷/氧化镁量子点压电复合材料bp@mgo qd。
34.性能测试
35.1、图1为实施例1制得的bp@mgo qd的扫描电镜照片。
36.由图1可知，bp@mgo qd为层状晶体。
37.2、图2为实施例1制得的bp@mgo qd的透射电镜照片。
38.由图2可知，mgo为量子点，尺寸大约为2nm。
39.3、图3为实施例1制得的bp@mgo qd的xrd图谱。
40.由图3可知，bp@mgo qd晶体有黑磷相、mgo相及中间氧化物mg2p2o7。
41.4、图4为实施例1制得的bp@mgo qd的压电力显微镜pfm图，其中，图4(a)为高度图，图4(b)为法向振幅图，图4(c)为法向相位图。
42.由图4可知，bp@mgo qd晶体存在明显的法向振动，但未检测出面内振动。
43.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。


技术特征：
1.一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)将红磷和硼化镁进行研磨，得到混合粉末；(2)将混合粉末放入无水乙醇中进行分散，然后进行烘干，得到烘干粉末；(3)将烘干粉末进行高温处理，然后冷却至室温，即得所述磷/氧化镁量子点压电复合材料。2.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述红磷和硼化镁的质量比为1:5。3.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述研磨的设备为真空球磨罐。4.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述研磨的时间为12h。5.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烘干的设备为烘箱。6.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述烘干的温度为60℃。7.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述高温处理的设备为马弗炉或管式炉。8.根据权利要求1所述的一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述高温处理的升温速率为5℃/min，温度为670℃，保温时间为12h。

技术总结
本发明公开了一种黑磷/氧化镁量子点压电复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将红磷和硼化镁进行研磨，得到混合粉末；(2)将混合粉末放入无水乙醇中进行分散，然后进行烘干，得到烘干粉末；(3)将烘干粉末进行高温处理，然后冷却至室温，即得。本发明通过MgB2缓慢释放Mg单质，采用化学气相沉积法可制得层状BP@MgO QD晶体，其中MgO为量子点，且表现出明显极性，可应用于压电式传感器及量子技术等领域。域。域。


技术研发人员：廖擎玮 侯薇 司维 秦雷
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：2021.12.09
技术公布日：2022/3/18