石墨烯導(dǎo)致二維錫遵循二維材料，不能完全停止

石墨烯導(dǎo)致二維錫遵循二維材料，不能完全停止
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發(fā)布時間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：952


石墨烯的另一個兄弟出現(xiàn)了：二維亞甲基。隨著石墨烯的步伐，一波新的二維平面材料正在到來。然而，他們最令人興奮的應(yīng)用來自堆疊的三維設(shè)備。

物理學(xué)家說，他們已經(jīng)成功地生長出錫原子的二維層狀結(jié)構(gòu)。這種材料生長在碲化鉍襯底上，并呈現(xiàn)蜂窩結(jié)構(gòu)。從左到右是顯微圖像、俯視圖和剖面圖。

美國科學(xué)家聲稱是第一個制備錫（一種由錫原子組成的二維材料）的科學(xué)家，但尚未證實(shí)它是否具有超高導(dǎo)電性的理論預(yù)測。這項(xiàng)研究發(fā)表在8月3日的《自然材料》雜志上。

Sinene是石墨烯的新兄弟，在此之前，包括由硅原子組成的有機(jī)硅、由磷原子組成的膦、由鍺原子組成的鍺，甚至由不同的單層原子材料組成的功能材料，這些都是石墨烯的兄弟。

它們有一個共同的名字，二維材料。那么，為什么二維材料成為各國實(shí)驗(yàn)室研究的焦點(diǎn)呢它們的特點(diǎn)是什么實(shí)際應(yīng)用前景如何推廣應(yīng)用的難點(diǎn)在哪里

只有幾個原子厚度的材料表現(xiàn)出與固體材料非常不同的性質(zhì)，即使它們具有相同的分子組成。即使大塊材料是原始的，如果你把它做成二維形狀，它就會展現(xiàn)出一個新的世界。復(fù)旦大學(xué)的TT物理學(xué)家說。

碳是典型的例子。2004年，物理學(xué)家Andre Geim和Konstantin Novoselov在曼徹斯特大學(xué)的一個實(shí)驗(yàn)室中首次從石墨中分離出石墨烯。具有單原子層厚度的碳片柔軟、透明、比鋼和貝特更強(qiáng)。R比銅導(dǎo)電。它是如此薄以至于它可以被稱為二維材料。

物理學(xué)家很快開始利用這些特性來開發(fā)各種應(yīng)用，從柔性屏幕到能量存儲。不幸的是，石墨烯已被證明不適合于數(shù)字電子應(yīng)用。半導(dǎo)體是這種應(yīng)用的理想材料：半導(dǎo)體導(dǎo)電。只有當(dāng)電子被一定的熱、光或外加電壓能量激發(fā)時，才產(chǎn)生電流。所需的能量稱為帶隙，帶隙大小隨材料而異，通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率的開閉，就形成了數(shù)字世界中的0和1。

盡管如此，Heim和Novocholov成功生產(chǎn)石墨烯已經(jīng)激勵了其他研究人員開始探索具有帶隙的其他二維材料。

雖然石墨烯令人驚嘆，但我認(rèn)為除了碳之外，我們還應(yīng)該關(guān)注各種二維材料。所以，就在2008年，在安德拉斯·基斯有機(jī)會在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）成立自己的納米電子研究小組之后，他又投票決定探索一類隱藏在石墨烯光中的超平面材料。

這些材料有一個很長的名字，過渡金屬二硫化物化合物（TMDC），但是非常簡單的二維結(jié)構(gòu)。

到2010年，Kish的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地制造了第一種單層二硫化鉬（MoS2）晶體管，并預(yù)測該晶體管有一天將發(fā)展成小型、低壓的柔性電子設(shè)備，這意味著它們將比傳統(tǒng)的硅晶體管消耗更少的能量。半導(dǎo)體不是唯一的優(yōu)勢。研究表明，MoS2能有效地吸收和發(fā)射光，在太陽能電池和光電探測器中具有廣闊的應(yīng)用前景。

在短短的幾年里，世界各地的實(shí)驗(yàn)室都加入了對二維材料的探索。第一，第二，第三，然后突然變成了二維材料的世界。Kish說。關(guān)于二維TMDC的論文數(shù)量從2008年的幾篇增加到了每篇六篇。一天。

物理學(xué)家認(rèn)為，可能有大約500種二維材料，不僅是石墨烯和TMDC，還有單層金屬氧化物和元素材料，如硅和磷。在都柏林的T三一學(xué)院，你當(dāng)然可以找到一個。

當(dāng)研究人員關(guān)注TMDC時，理論家們正在尋找其他可以設(shè)計(jì)成二維結(jié)構(gòu)的材料。一個顯而易見的選擇是硅：在元素周期表中，硅正好位于碳的下面，類似于碳鍵合，具有自然帶隙，以及w。在電子工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。

不幸的是，理論預(yù)測表明，這種二維硅片在空氣中是高度活性和高度不穩(wěn)定的。它也不能像其他二維材料那樣通過撕裂晶體來制備：天然硅只有類似于金剛石的三維形貌，沒有層狀結(jié)構(gòu)，如石墨。

人們說這是瘋狂的，不可能的。法國第九馬賽大學(xué)的物理學(xué)家蓋伊·勒萊說。然而，勒萊，這位在硅上生長金屬的多年研究員，意識到通過反過來，一種制造硅的方法，獲得了原子厚度的硅。2012年，他成功地制備了硅烷：硅烷層生長在銀上，它們的原子結(jié)構(gòu)顯示出完美的二維特征。

受到這一成就的鼓舞，勒賴和其他研究人員開始從元素周期表中的碳基下移動。去年，他用類似的技術(shù)展示了在金襯底上生長的鍺原子，鍺的二維網(wǎng)絡(luò)。

科學(xué)家的下一個目標(biāo)是亞錫。錫應(yīng)該比硅和鍺具有更大的帶隙，因此它們的器件可以在更高的溫度和電壓下工作。此外，科學(xué)家們預(yù)測錫中的電荷傳輸只發(fā)生在它的外邊緣，因此它將具有超高的帶隙。H電導(dǎo)率

研究人員也在探索元素周期表的其他部分。去年，由普渡大學(xué)的葉培德帶領(lǐng)的張?jiān)ǖ难芯啃〗M和另一個研究小組從黑磷中剝離出二維層狀結(jié)構(gòu)。和石墨烯一樣，磷烯能快速傳導(dǎo)電子，與石墨烯不同具有天然的帶隙，比硅酮更穩(wěn)定。

磷正迅速上升。在2013年的美國物理學(xué)會會議上，它只是張?jiān)ㄑ芯啃〗M成員報告的主題；到2015年，會議將有三個分支專門討論磷。然而，與其他純元素二維材料相比，磷。ne與氧氣和水有很強(qiáng)的反應(yīng)性。如果你想讓它持續(xù)幾個小時以上，你需要把它夾在其它材料層之間。由于這種固有的不穩(wěn)定性，很難用烯烴材料制成器件；Le Lai估計(jì)大約80%的相關(guān)a網(wǎng)格仍然處于理論階段。

盡管如此，張?jiān)ê腿~培德還是成功地制造了磷光烯晶體管。今年，第一臺硅氧烷晶體管問世，雖然只持續(xù)了幾分鐘。然而，樂來對這些問題并非不可克服表示樂觀。他指出，兩年前，海姆和其他人物理學(xué)家還聲稱，現(xiàn)有的技術(shù)不能生產(chǎn)硅晶體管。所以預(yù)測未來往往是危險的。樂來開玩笑說。

基什說，每一種材料都像樂高的積木。如果你把它們放在一起，你就可以建造一些新的東西。

二維材料最令人興奮的前沿之一是將它們堆疊成仍然很薄但確實(shí)是三維的結(jié)構(gòu)?？梢灾圃欤@將創(chuàng)造以前聞所未聞的設(shè)備。

Kish說，與其試圖尋找一種材料并說它是最好的，不如將它們以某種方式組合起來，以便它們能夠利用它們的不同優(yōu)勢。這意味著我們可以堆疊不同二維材料的組分，從而制造小型、致密的三維。電路。

今年2月，Novoschlov和他的團(tuán)隊(duì)顛倒了太陽能電池的概念，設(shè)計(jì)了一個以石墨烯為電極，二硫化鉬（MoS2）和其他TMDC材料的發(fā)光二極管。通過選擇不同的TMDC，他們還可以控制光子釋放的波長。

意大利國家納米科學(xué)公司（NEST）的物理學(xué)家馬可·波利尼（Marco Polini）說，甚至石墨烯也可以從其他二維材料中得到推廣。他的團(tuán)隊(duì)一直在研究將石墨烯夾在二維層狀絕緣體——氮化硼（BN）之間的器件。ce，石墨烯層可以壓縮光束并為光束提供通道，這比石墨烯夾在塊狀材料之間的器件要好得多。原則上，這意味著可以用光子而不是電子在芯片之間傳送信息，而電子可以制造芯片。Polini說，溝通速度更快，效率更高。

瑞典Charms Polytechnic大學(xué)的物理學(xué)家Jari Kinaret說，目前二維材料領(lǐng)域的繁榮讓人想起了2005年石墨烯的熱潮。他是歐盟石墨烯旗艦項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，該項(xiàng)目也研究其他二維材料。

但是Kinalet警告說，要真正評估這些材料的潛力還需要20年。Kinarett說，對二維材料的初步研究主要集中于它們的電學(xué)性質(zhì)，因?yàn)樗鼈兏咏锢韺W(xué)家的起源，但我認(rèn)為這是所謂的ed應(yīng)用程序，即使有一天實(shí)現(xiàn)，也更可能位于完全不可預(yù)測的區(qū)域中。

在實(shí)驗(yàn)室中性能良好的材料并不總是能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用。二維材料面臨的主要問題之一是如何廉價地制備均勻無缺陷的二維薄層。由于需要將天然存在的白磷置于超高壓下，黑色磷塊體材料的制備也非常昂貴。目前，還沒有人生長出單層二維材料。完美地從頭開始，更不用說物理學(xué)家認(rèn)為有前途的分層結(jié)構(gòu)了。

華盛頓大學(xué)的物理學(xué)家徐曉東說，制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)需要很長時間。準(zhǔn)備過程如何加速或自動化還有很多工作要做。

這些實(shí)際問題可能使二維材料無法實(shí)現(xiàn)其所期望的前景。已經(jīng)出現(xiàn)了許多這樣的熱潮，但結(jié)果是曇花一現(xiàn)。但我認(rèn)為，鑒于現(xiàn)有二維材料的數(shù)量眾多且性質(zhì)豐富，我們應(yīng)該能夠確保同時，這個領(lǐng)域正在擴(kuò)大?？茽柭f，砷，一種分子量比磷烯大的同源兄弟，已經(jīng)進(jìn)入了研究人員的想象。

隨著人們朝著新的方向前進(jìn)，他們將發(fā)現(xiàn)更多具有優(yōu)良性能的新材料?？茽柭f，也許最令人興奮的二維材料還沒有準(zhǔn)備好。

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