【《二硫化钼的应用研究国内外文献综述》2200字】

二硫化钼的应用研究国内外文献综述1电子应用二硫化钼在电子方面最引人注目的特性之一就是具有非零的带隙值。MoS2是半导体，由于其导电性可以改变，因此在电路逻辑和电子设备中有着广阔的应用[55-58]。并且由于MoS2具有的二维结构可以控制其静电效应，因此在短通道的FET和低功率电子元器件中的应用也开始增加。二硫化钼在单层状态下会有着不同于块状二硫化钼的物理性质和化学性质，例如单层的二硫化钼有着1.85eV的能带间隙，这样的性质导致单层的被广泛的应用于纳米元器件的开关。Radisavljevic等人首先发表了基于单层MoS2的可切换晶体管。该器件是将30nm厚的HfO2沉积二氧化硅基底覆盖单层二硫化钼形成一个具有6.5Å半导体通道的介电层。该设备在室温的状态下显示出108的开关电流比。该研究表明，MoS2是低待机功率集成电路的一种良好替代品，具有透明和柔性电子方面潜在的应用前景[18]。除了应用在纳米元器件作为开关，单层的二硫化钼可以制成光电响应器。叶等人通过范德华力作用制备了一种黑磷和二硫化钼异质结，用于光电探测器在可见光到红外观测范围的应用[59]。图1.8(a)BP/MoS2异质结示意图。(b)黑磷、MoS2和重叠区拉曼光谱[59]Figure1.8(a)schematicdiagramofBP/MoS2heterojunction;（b）Ramanspectraofblackphosphorus,MoS2andoverlapregion[59]2固体润滑剂图1.8展示了詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外仪器（MIRI）滤轮的MoS2涂层轴承组件[61]Figure1.8showstheMoS2coatedbearingassemblyoftheMirifilterwheeloftheJamesWebbSpaceTelescope[61]与液体润滑剂相比，固体润滑剂成本更低，重量更轻，当液体润滑剂不满足所需应用的必要性时，可以使用固体润滑剂进行补充[60]。二硫化钼由于其本身类似石墨的层状结构以及十分低的莫氏硬度。因此是良好的固体润滑剂。而且二硫化钼在真空环境中的性质十分稳定、不易氧化，作为固体润滑剂在航空或特殊环境的机械润滑中起到了重要作用[61-64]。3生物传感器治疗疾病延长人类寿命的最好以及最经济的方式是预防与早期诊断。因此用于早期诊断的传感器性能至关重要。衡量生物传感器的好坏有两个重要的指标——选择性与灵敏度[65]。为了提高这两大性能，目前已经有大量的研究对其进行探索以便提高生物传感器的质量[66].其中具有半导体特性、放光特性以及电化学特性的MoS2，是进行生物传感的极佳探针。图1.9MoS2纳米片和Alexafluor430构建的单分子膜分子荧光示意图[66]Fig.1.9molecularfluorescenceofmonolayersconstructedbyMoS2nanosheetsandAlexafluor430[66]尺寸小于10nm的MoS2被称为零维的量子点[67-68]。由于量子紧闭效应，在特定的激发波长下MoS2量子点表现出强的光致发光[69]。除了上述的应用，二硫化钼在生物传感器中作为电极被大量的研究[70-71]。MoS2纳米片由于其直接的带隙特性，在可见光范围内显示出强烈的荧光，使其成为一种成本低廉的光学生物传感器的候选材料[72]。一维的MoS2与碳纳米管类似，具有良好的电气应用前景[72]。并且基于场效应晶体管的生物传感器也吸引了众多研究者的目光。功能化的通道通过捕获静电效应产生的生物分子，场效应晶体管将其转化为可观测的信号，从而达到诊断的目的。例如李等人通过纳米金（AuNPs/MoS2）制备了二硫化钼检测电极。使用原子层沉积技术，用于控制MicroRNA-155（miRNA-155）的纳米薄片的厚度为14nm。MiRNA-155是一种与癌症相关的生物标志物，在早期患者体液或血浆中浓度非常低。利用甲苯胺蓝（TB）作为杂交指示剂，AuNPs/MoS2可以检测浓度范围在1fM～10nm的miRNA-155，检测限可达0.32fM。如图1.10所示[73]。图1.10miRNA传感平台的制作步骤和检测原理[73]Figure1.10fabricationstepsanddetectionprincipleofmiRNAsensingplatform[73]3气体传感器随着工业与科技日益的发展，气体污染物的排放量也急剧增加。例如氮氧化物（NOx），氨气（NH3），二氧化碳（CO2），硫化氢（H2S）和二氧化硫（SO2）等[74]。目前半导体气体传感器检测核心主要有气体二极管、化学作用、场效应晶体管和电阻光纤等，其中电阻气体传感器由于其低廉的成本和简易的操作需求备受关注[75-76]。二硫化钼因其本身具有的半导体特性、场效应以及化学结构的原因，被广泛的应用于气体传感器之中。例如刘等人的工作，如图1.11所示，通过将二硫化钼直流磁控溅射在Si基底上面形成n—p结，通过感应氨气导致电流变化进行检测。该传感器可以在5秒内显示出恢复和快速响应的显著效果。除此之外一些气体传感器的性能总结于表1.1。图1.11(a)MoS2/Si异质结由于测量氨气示意图；(b)氨气在MoS2/Si异质结响应范围；(c)在+5.0V时NH3浓度从200到5000ppm对MoS2/Si异质影响[76]Fig.1.11(a)schematicdiagramofMoS2/SiHeterojunctionduetoammoniameasurement;(b)TheresponserangeofammoniainMoS2/SiHeterojunctionislargerthanthatinMoS2/SiHeterojunction;(c)EffectofNH3concentrationfrom200to5000ppmonMoS2/Siheteroplasmat+5.0v[76]表1.1各类气体传感器性能Table1.1performanceofvariousgassensors序号目标气体材料检出限响应/恢复时间工作温度文献1NH3n-MoS2/p-CuO/ITO5ppm17s/26s室温[77]2NO21D–MoS24.6ppb16s/172s60℃[78]3H2MoS2-(n)/Si(p)0.5%105s/443.5s室温[79]4NH3MoS2-(n)/Si(p)200ppm5s/5s室温[12]5NO2MoS2/CdTe/Si10ppm16s/24s室温[80]6NH3MoS2-(n)/Si(p)10ppm20ses/30s室温[81]参考文献[1]Guo,L.,Li,Z.,Chen,H.,Wu,Y.,Chen,L.,Song,Z.,Lin,T.Colorimetricbiosensorfortheassayofparaoxoninenvironmentalwatersamplesbasedontheiodine-starchcolorreaction.AnalyticaChimicaActa.2017,96759-63.[2]Mirkin,N.L.R.a.C.A.Nanostructuresinbiodiagnostics.ChemicalReview2005,1051547-1562.[3]RobertElghanian,J.J.S.,RobertC.Mucic,RobertL.Letsinger,ChadA.Mirkin.Selectivecolorimetricdetectionofpolynucleotidesbasedonthedistance-dependentopticalpropertiesofgoldnanoparticles.Science.1997,2771078-1081.[4]HidenoriO.,Y.A.,YukioN.,KazunoriK..Quantitativeandreversiblelectin-inducedassociationofgoldnanoparticlesmodifiedwithR-lactosyl-ω-mercapto-poly(ethyleneglycol).JournaloftheAmericanChemicalSociety.2001,1238226-8230.[5]Liu,R.,Liew,R.,Zhou,J.,Xing,B.Asimpleandspecificassayforreal-timecolorimetricvisualizationofβ-lactamaseactivitybyusinggoldnanoparticles.AngewandteChemie.2007,119(46),8955-8959.[6]Ai.K.,L.Y.,LuL..Hydrogen-bondingrecognition-inducedcolorchangeofgoldnanoparticlesforvisualdetectionofmelamineinrawmilkandinfantformula.JournaloftheAmericanChemicalSociety.1319496–9497.[7]Guo,L.,Zhong,J.,Wu,J.,Fu,F.,Chen,G.,Zheng,X.,Lin,S.Visualdetectionofmelamineinmilkproductsbylabel-freegoldnanoparticles.Talanta.2010,82(5),1654-1658.[8]Du,J.,Jiang,L.,Shao,Q.,Liu,X.,Marks,R.S.,Ma,J.,Chen,X.Colorimetricdetectionofmercuryionsbasedonplasmonicnanoparticles.Small.2013,9(9-10),1467-1481.[9]Lee,J.-S.,Han,M.S.,Mirkin,C.A.ColorimetricdetectionofmercuricIon(Hg2+)inaqueousmediausingDNA-functionalizedgoldnanoparticles.AngewandteChemie.2007,119(22),4171-4174.[10]Du,J.,Sun,Y.,Jiang,L.,Cao,X.,Qi,D.,Yin,S.,Ma,J.,Boey,F.Y.,Chen,X.Flexiblecolorimetricdetectionofmercuricionbysimplymixingnanoparticlesandoligopeptides.Small.2011,7(10),1407-1411.[11]Du,J.,Zhu,B.,Chen,X.Urineforplasmonicnanoparticle-basedcolorimetricdetectionofmercuryion.Small.2013,9(24),4104-4111.[12]Du,J.,Shao,Q.,Yin,S.,Jiang,L.,Ma,J.,Chen,X.Colorimetricchemodosimeterbasedondiazonium-gold-nanoparticlecomplexesforsulfiteiondetectioninsolution.Small.2012,8(22),3412-3416.[13]Niu,X.,He,Y.,Li,X.,Z