CVT真空化学气相输运合成生长二维材料

CVT(Chemical Vapor Transport)即化学气相输运法，该方法是生长高质量单晶材料最为常用也是最为成熟的方法。主要原理就是在真空密封石英管的一端放上所需生长晶体的单质元素比如A和B，用I2、Br2等作输运剂，或再加上合适的辅助矿化剂。然后将带有原料的一端放置在高温区，另一端放置在低温区，输运剂会带着原料A和B达到低温区，由于低于A和B的熔点，A和B进行反应之后沉积在低温一端，如此合成生长制备高质量的单晶材料。经过理论研究和科学实验证明，运用CVT法既能够生长制备高质量的块状单晶，也能直接生长制备高质量的单层二维材料。

二维材料全称为二维原子晶体材料，是指电子仅可在两个维度的纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料。二维材料是伴随着2004年曼彻斯特大学Andre Geim小组与其他合作者成功分离出单原子层石墨材料——石墨烯（graphene）而提出的。石墨烯突出的特点是单原子层厚、高载流子迁移率、线性能谱、强度高。后续又有一些其他的二维材料陆续被分离出来，主要包括氮化硼（BN）和通式为MX2的过渡金属硫族化合物（TMDs）。其中M是过渡金属（例如Mo或W），X是硫族原素（例如S、Se或Te）。二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质。

CVT合成生长单层MoS2(二硫化钼)

将MoO3粉末和S粉按照摩尔比1:2混合之后经玛瑙研钵充分研磨之后，取5mg混合物和I2，(碘的用量是0.5mg/mL，体积为石英管的体积)一起放置在石英管的一端，生长基底(含氟云母片，蓝宝石或者玻璃)放在石英管的另一端。然后将石英管抽至0.2mPa真空度并按照生长温度区间的长度要求密封好。将密封好的石英管含原料的一端放置在高温区，衬底放置在低温区。然后将高温区以10℃/min的升温速率升温至850℃，并维持0.5-2h，然后自然降温至室温，然后敲碎石英管取出样品。

为了探索该方法是否可以被推广到其他材料体系，也做了更多的实验尝试。通过试验发现，该方法可以也可以合成很多其他的材料提下，比如以WO3和S为原料，I2为传输剂合成了单层WS2(Fig. 25a)，以MoCl5即为原料又为传输剂，Se为Se源，制备出了多层MoSe2(Fig. 25b)；以WO3和MoO3，S为原料制备出了Mo1-xWoxS2二维合金(Fig. 25c)。除此之外，还制备出了1T相的ReS2(Fig. 25d)。均说明该方法可以很好地扩展到其他材料体系。

总结，本文的创新点在于将传统晶体生长方法CVT开创性地运用到了直接生长薄层二维材料领域，并且取得了很大的成功。