一、单层二硫化钼薄膜简介及应用：

1.二维材料的定义

有许多这样的层状材料，它们具有很强的平面化学键，但是层与层之间的耦合却很弱，因而层状结构就可以被分离成独立的原子层，这些材料被严格限制在一个平面内，我们称之为二维材料。在这些层状材料中，分层的范德瓦耳斯家族的材料是最常见的二维材料来源。很强的平面内结合能赋予二维范德瓦耳斯家族材料的稳定性，而层与层之间靠范德瓦耳斯力结合在一起，使其具备可以被剥离成单层片状的性质。石墨烯是典型的二维材料, 因其具有超薄、超坚固和超强导电性能等特性而受到了全世界科学家的广泛关注。 但其零带隙的特点, 使其在逻辑电路中的应用受到限制。为了弥补石墨烯的不足, 人们将目光转移到其他具有二维层状晶体结构特征的无机化合物，主要有黒磷、BN、MoS₂、WS₂、MoTe₂、WTe₂、MoO₃等。

图1 类石墨烯二硫化钼的（a）结构示意图及（b）能带图[1]

2.单层二硫化钼的应用

二硫化钼(MoS2) 是一种典型的层状过渡金属硫化合物。单层的MoS₂是由三层原子构成, 其中上下两层为硫原子组成的六角平面, 被中间的金属钼原子层隔开, 从而形成了”三明治夹心”结构[2], 层内的原子间以共价键结合,而多层MoS₂的层与层之间是通过微弱的范德瓦耳斯力结合[3],层与层之间的距离约为0.65 nm[4]。由于量子限域效应,MoS₂的禁带宽度会随着层数的增加而减小。当MoS₂ 由体材料变为单层二维材料时,其带隙会由间接带隙变为直接带隙(1.29eV增加至1.90eV), 因而在电子器件、催化、光电等领域中具有潜在应用价值。

（1）润滑剂

仪器处在高温工作条件下或者长时间工作，普通的润滑油或者润滑剂会变性，从而不再具有润滑的功能。寻找一种能在高温等恶劣环境下依旧保持良好的摩擦性能是很多企业和科研单位近些年来的工作目标。二硫化银是典型的层状结构材料，层与层之间通过很弱的范德瓦耳斯力结合，导致层与层之间的剪切力非常低，当受到很小的剪切力时，分子层间就会断裂发生滑动。而且其耐磨性好，对金属具有很强的吸附能力，在高温、高速、高压、高真空或低温等极端恶劣工作条件下依旧保持良好的润滑效果，延长机械的寿命，因而它被冠以”高级固体润滑油王”的美誉。[5][6]

（2）场效应晶体管

场效应晶体管在当代微电子技术中占有举足轻重的地位，其工作原理是通过改变外在的电场来改变半导体材料的导电性能。传统工艺中用桂做基底的场效应晶体管的特征尺寸不能小于22nm而当石墨稀等一系列二维材料发现后，突破了这一瓶颈。就二硫化钼而言，当其薄膜厚度减到单层，也就是约0.7nm的时候，仍然保持着优异的电学特性。