清华大学ACS Nano：实现CVD过渡金属硫化物薄膜无损转移和堆叠的水溶性聚合物媒介

化学气相沉积（CVD）方法制备出的二维过渡金属硫化物（TMDCs）的转移方法有两类，一类是化学刻蚀媒介法，该方法操作简单，但刻蚀会严重退化样品的品质，使得其迁移率显著降低；另一类是物理转移媒介法，该方法不需要刻蚀，但是生长过程的高温环境使得衬底和样品接触更强，阻碍了该方法的推广应用。因此，寻找一种无损转移的方法对于TMDCs材料的应用发展是非常重要的。

近日，清华大学化学系焦丽颖等人设计了一种水溶性转移媒介，该媒介有PVP和PVA两种聚合物组成，可以实现CVD TMDCs材料的无损转移和堆叠。该方法可以用于多种衬底的转移，并且可以批量重复转移，保证样品的固有性质不被退化。通过实验验证，该方法同样适用于其他CVD 生长的二维材料的转移和堆叠，并且可以保证材料的原有质量，对于基础研究和实际应用都具有很高价值的适用性。

【转移原理简介】

这种媒介由PVP和PVA两种聚合物组成，上层的PVP薄膜因其较强的粘附力和良好的润湿能力，作为粘附层，确保和二维TMDCs材料有合适的接触。为了增强底层的润湿能力，作者又增加了一个NVP单体，其表面能和二维TMDCs材料在PVP溶液中的表面能接近。同时，PVA薄膜作为支持层，固定PVP的形状。这两种聚合物的结合保证了媒介-样品的强接触和媒介有效的强度，二者对将CVD TMDCs材料从生长衬底上剥离是至关重要的。由于，这两种聚合物均为水溶性的，转移过程简单可重复，并且对样品原有性质没有影响。

【图文解析】

图1 CVD生长的MoS2的转移：（a）利用水溶性双层聚合物转移CVD MoS2的流程示意图；（b，c）CVD MoS2样品转移前后的光学显微成像和AFM成像（插图），插图比例尺：2μm；（d）转移到多孔碳网格上的MoS2薄片的TEM成像，插图为该样品的高分辨TEM成像，比例尺为：2μm；（e，f）d图位置1和位置2的选择区域电子衍射（SAED）图像。

图2 转移后的单层MoS2的表征：（a，b）CVD MoS2转移前后的拉曼映射成像；（c，d）MoS2转移前后的典型拉曼光谱和光致发光（PL）光谱；（e）真空环境下，由PVP+PVA媒介转移的MoS2薄片制备的FET的输运曲线，从下至上，偏压分别为1，10，100，500和1000mV，插图为器件的光学图像；（f）分别由PVP+PVA媒介转移（红色方块）和由PMMA媒介转移（蓝色方块）的MoS2-FET的迁移率和开关比的比较，从图中，很明显地看出，由PVP+PVA媒介转移的MoS2的迁移率大于由PMMA媒介转移的MoS2的样品，说明PVP+PVA媒介在转移过程对MoS2的原有质量影响很小。

图3 在不同衬底上的不同CVD生长的二维材料的转移：（a，b）CVD生长的1L MoxWyS2样品转移前后的光学成像；（c，d）CVD生长的MoS2/WS2异质结转移前后的光学成像；（e，f）CVD生长的MoS2薄片在Au/Si衬底和PMMA薄膜上的转移。

【总结】

焦丽颖等人设计的由两种聚合物组成的双层水溶性媒介，可以实现CVD生长的二维TMDCs材料的无损转移和堆叠。媒介-样品的强接触和媒介的水溶性能够使CVD生长的二维TMDCs材料比较容易和简洁地实现物理转移。这项工作推动了二维TMDCs材料在光电和电子领域的应用发展。

【备注】

该研究成果近期发表在ACS Nano (IF:12.881) 上，文献链接：Universal Transfer and Stacking of Chemical Vapor Deposition Grown Two-Dimensional Atomic Layers with Water-Soluble Polymer Mediator (DOI: 10.1021/acsnano.6b00961）

本文由材料人编辑部学术组灵寸供稿，材料牛编辑整理。

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