除了石墨烯，這些二維材料還可以改變世界

除了石墨烯，這些二維材料還可以改變世界

3D和3D是21世紀(jì)以來(lái)的熱門詞匯，如3D電影、3D打印等，在這些行業(yè)中，三維不僅意味著更好的視覺(jué)效果，而且意味著更高的技術(shù)水平。然而，對(duì)于某些領(lǐng)域，情況并非如此。

兩千多年前，哲學(xué)家們對(duì)物質(zhì)的起源進(jìn)行了熱烈的討論，原子論者認(rèn)為物質(zhì)最終會(huì)變得太小，無(wú)法在無(wú)限分裂后分離，所以他們稱組成物質(zhì)為原子，意思是不可分割。

隨著時(shí)間的推移，雖然原子這個(gè)詞在現(xiàn)代仍被使用，但它的不可分割的含義早已存在?？茖W(xué)家們用物理學(xué)證明原子在過(guò)去的一百年中是可分離的。原子的定義成為化學(xué)性質(zhì)的最小單位。

即使原子是可分離的，最大的原子仍然肉眼看不見(jiàn)?？梢哉f(shuō)，人們能看到的物質(zhì)都是由三維原子堆組成的，如果我們能把原子放在一層上，那么這種材料就是二維材料。

經(jīng)過(guò)對(duì)原子的一定認(rèn)識(shí)，研究人員嘗試了各種形式的材料，從理論上證明了二維材料是最薄的材料，認(rèn)為這種材料不會(huì)穩(wěn)定存在，因此沒(méi)有人關(guān)心這種材料。

2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)徹底改變了人們的原有看法，由原子組成的二維材料已成功步入歷史舞臺(tái)，對(duì)石墨烯的興趣逐漸擴(kuò)展到其他二維材料，越來(lái)越多的二維材料被發(fā)現(xiàn)和研究。

石墨烯是2004年第一個(gè)被分離出來(lái)的二維材料，它有許多第一個(gè)頭銜，是一種由碳原子組成的蜂窩結(jié)構(gòu)的二維材料。與其他材料相比，它有很多優(yōu)點(diǎn)，但最重要的是它引起了人們對(duì)二維材料發(fā)展的興趣。

石墨烯有許多令人驚訝的特點(diǎn)：在極低的溫度下，石墨烯中電子的運(yùn)動(dòng)速度比硅快100倍；它具有良好的導(dǎo)熱性；高的可見(jiàn)光透射率；高強(qiáng)度，是鋼的100倍；原子層只允許水分子通過(guò)。這一系列的特性都是有效的。使石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域得到發(fā)展。

半導(dǎo)體制造商可以使用石墨烯覆蓋整個(gè)芯片并快速構(gòu)建射頻晶體管，但是很難使用石墨烯來(lái)制作邏輯電路。因?yàn)楣韬推渌雽?dǎo)體材料的一個(gè)特點(diǎn)是它們有帶隙，并且它們的原子將電子結(jié)合在一起，直到它們接收到足夠的能量到M。在材料上自由移動(dòng)。然而，石墨烯沒(méi)有帶隙，不能打開或關(guān)閉。但是也有一些方法可以誘導(dǎo)石墨烯產(chǎn)生帶隙，例如在石墨烯上疊加一層石墨烯，或者在材料上切割一條納米帶，這樣可以產(chǎn)生帶隙。然而，這些修改方法可以降低E的速度。石墨烯中的電子運(yùn)動(dòng)。

此外，石墨烯在超級(jí)電容器、海水過(guò)濾和透明電極方面也有潛在的應(yīng)用前景。歐盟委員會(huì)宣布，今年年初將在石墨烯研發(fā)上投資10億歐元，同時(shí)國(guó)內(nèi)石墨烯熱也在增加。

在膠帶剝離石墨烯的啟發(fā)下，研究人員還嘗試用膠帶剝離單層黑磷，在過(guò)去的14年中，一些研究人員改進(jìn)了制造方法，采用液體剝離法提高了制備黑色磷化氫的收率。

由于黑磷帶隙的存在，在半導(dǎo)體領(lǐng)域表現(xiàn)出與石墨烯不同的性能，目前研究人員已經(jīng)成功地用黑磷制作了晶體管、柔性電路和光電器件。通過(guò)與其它二維材料的結(jié)合，得到了較好的應(yīng)用，黑磷在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用前景比石墨烯更加光明。

當(dāng)然，黑磷不是完美的材料，因?yàn)楹诹讜?huì)與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)。如果不進(jìn)行處理，晶體管將因黑磷腐蝕而失效。

氮化硼的結(jié)構(gòu)與石墨非常相似，所以它也被稱為白色石墨。石墨烯對(duì)人們探索制備氮化硼的方法也有一定的啟發(fā)。

二維氮化硼是由氮原子和硼原子交替組成的平面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與石墨烯相似，是六邊形蜂窩狀平面，但與石墨烯不同，它是一種優(yōu)良的絕緣體。

目前，研究人員已經(jīng)將氮化硼和石墨烯交替疊放，形成復(fù)雜的電路，通過(guò)將不同的二維材料結(jié)合，成功地開發(fā)出更大的潛力，氮化硼在抗氧化涂層和超疏水應(yīng)用方面也有很好的前景。

二硫化鉬也是一種非常流行的二維材料。與石墨烯和氮化硼不同，二硫化鉬有一個(gè)能帶隙，可以從邏輯上判斷。它是一種半導(dǎo)體材料。

二硫化鉬的帶隙為自帶，但二硫化鉬的帶隙與硅的帶隙不同。二硫化鉬是一個(gè)直接帶隙

二硫化鉬只是一種過(guò)渡金屬二硫化物，該族含有15種不同的過(guò)渡金屬和硫、硒、碲硫化物化合物，目前對(duì)同一族的研究很少。

然而，二硫化鉬的電子輸運(yùn)速率比石墨烯低，由于材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系，當(dāng)電子在內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)被平面上的金屬原子炸毀，從而在一定程度上影響遷移速率，因此研究人員將鉬結(jié)合起來(lái)更為普遍。用石墨烯剝蝕二硫化物。

二硫化鉬由于其自身的帶隙特性，在太陽(yáng)能電池和光伏領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，有望改變光敏器件的未來(lái)。

硅和鍺也是潛在的二維材料，芯片制造商更喜歡使用這種熟悉的半導(dǎo)體來(lái)制造芯片。由于合成難度大，這兩種材料在研究前已被合成。

與石墨烯不同，當(dāng)這些原子形成二維材料時(shí)，材料的平面會(huì)發(fā)生不同程度的彎曲，這將影響整個(gè)平面電子的一致性，但由于它們也有帶隙，所以它們也是半導(dǎo)體材料。

通過(guò)不斷的探索，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的二維材料，它們有自己的特點(diǎn)——石墨烯的透射率、二硫化鉬的直接帶隙、氮化硼的絕緣以及黑色磷化氫的半導(dǎo)體特性，這些特性使二維材料成為可能。在不同的領(lǐng)域發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，但這些材料也面臨著同樣的困境。

材料從實(shí)驗(yàn)室到生命周期都需要很長(zhǎng)的時(shí)間，如何穩(wěn)定生產(chǎn)，如何控制好材料的質(zhì)量，如何生產(chǎn)出質(zhì)量相同的產(chǎn)品，都是材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨的問(wèn)題。

然而，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室開始研究二維材料的新領(lǐng)域，每年都有越來(lái)越多的二維材料被發(fā)現(xiàn)和研究。

黑磷是最有潛力的一種。研究人員在幾年內(nèi)開發(fā)了黑磷晶體管，雖然性能不理想，但毫無(wú)疑問(wèn)，黑磷的潛力不低于石墨烯的潛力，在下一篇文章中，我將繼續(xù)介紹什么是二維材料黑磷。

**本文作者趙蓋子做了文章的第一個(gè)標(biāo)題，微信公眾信號(hào)艾倫重力-不僅僅是石墨烯，艾倫重力致力于發(fā)現(xiàn)世界范圍內(nèi)的新材料趨勢(shì)。關(guān)于復(fù)制，請(qǐng)聯(lián)系microsignal t2ipo001并保存此信息。沒(méi)有此信息的復(fù)制將以o侵權(quán)投訴。

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