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(lái)源：東莞市捷誠(chéng)石墨制品有限公司 發(fā)布時(shí)間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：952


石墨烯的另一個(gè)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(lái)。然而，他們最令人興奮的應(yīng)用來(lái)自堆疊的三維設(shè)備。

物理學(xué)家說(shuō)，他們已經(jīng)成功地生長(zhǎng)出錫原子的二維層狀結(jié)構(gòu)。這種材料生長(zhǎng)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(guó)科學(xué)家聲稱(chēng)是第一個(gè)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(cè)。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(gè)共同的名字，二維材料。那么，為什么二維材料成為各國(guó)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(gè)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(huì)展現(xiàn)出一個(gè)新的世界。復(fù)旦大學(xué)的TT物理學(xué)家說(shuō)。

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(gè)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(chēng)為二維材料。

物理學(xué)家很快開(kāi)始利用這些特性來(lái)開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用，從柔性屏幕到能量存儲(chǔ)。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(shí)，才產(chǎn)生電流。所需的能量稱(chēng)為帶隙，帶隙大小隨材料而異，通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率的開(kāi)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(lì)了其他研究人員開(kāi)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(huì)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(lèi)隱藏在石墨烯光中的超平面材料。

這些材料有一個(gè)很長(zhǎng)的名字，過(guò)渡金屬二硫化物化合物（TMDC），但是非常簡(jiǎn)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(cè)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(shì)。研究表明，MoS2能有效地吸收和發(fā)射光，在太陽(yáng)能電池和光電探測(cè)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(duì)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(shuō)。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(gè)。

當(dāng)研究人員關(guān)注TMDC時(shí)，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(gè)顯而易見(jiàn)的選擇是硅：在元素周期表中，硅正好位于碳的下面，類(lèi)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(cè)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(guò)撕裂晶體來(lái)制備：天然硅只有類(lèi)似于金剛石的三維形貌，沒(méi)有層狀結(jié)構(gòu)，如石墨。

人們說(shuō)這是瘋狂的，不可能的。法國(guó)第九馬賽大學(xué)的物理學(xué)家蓋伊·勒萊說(shuō)。然而，勒萊，這位在硅上生長(zhǎng)金屬的多年研究員，意識(shí)到通過(guò)反過(guò)來(lái)，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(zhǎng)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(lài)和其他研究人員開(kāi)始從元素周期表中的碳基下移動(dòng)。去年，他用類(lèi)似的技術(shù)展示了在金襯底上生長(zhǎng)的鍺原子，鍺的二維網(wǎng)絡(luò)。

科學(xué)家的下一個(gè)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(cè)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(gè)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(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上，它只是張?jiān)ㄑ芯啃〗M成員報(bào)告的主題；到2015年，會(huì)議將有三個(gè)分支專(zhuān)門(mén)討論磷。然而，與其他純?cè)囟S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(gè)小時(shí)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(tái)硅氧烷晶體管問(wèn)世，雖然只持續(xù)了幾分鐘。然而，樂(lè)來(lái)對(duì)這些問(wèn)題并非不可克服表示樂(lè)觀。他指出，兩年前，海姆和其他人物理學(xué)家還聲稱(chēng)，現(xiàn)有的技術(shù)不能生產(chǎn)硅晶體管。所以預(yù)測(cè)未來(lái)往往是危險(xiǎn)的。樂(lè)來(lái)開(kāi)玩笑說(shuō)。

基什說(shuō)，每一種材料都像樂(lè)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?，這將創(chuàng)造以前聞所未聞的設(shè)備。

Kish說(shuō)，與其試圖尋找一種材料并說(shuō)它是最好的，不如將它們以某種方式組合起來(lái)，以便它們能夠利用它們的不同優(yōu)勢(shì)。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(yáng)能電池的概念，設(shè)計(jì)了一個(gè)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(guò)選擇不同的TMDC，他們還可以控制光子釋放的波長(zhǎng)。

意大利國(guó)家納米科學(xué)公司（NEST）的物理學(xué)家馬可·波利尼（Marco Polini）說(shuō)，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(shuō)，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(shuō)，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(shuō)，要真正評(píng)估這些材料的潛力還需要20年。Kinarett說(shuō)，對(duì)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(cè)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(wèn)題之一是如何廉價(jià)地制備均勻無(wú)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(méi)有人生長(zhǎng)出單層二維材料。完美地從頭開(kāi)始，更不用說(shuō)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(shuō)，制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)需要很長(zhǎng)時(shí)間。準(zhǔn)備過(guò)程如何加速或自動(dòng)化還有很多工作要做。

這些實(shí)際問(wèn)題可能使二維材料無(wú)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(shí)，這個(gè)領(lǐng)域正在擴(kuò)大。科爾曼說(shuō)，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(shuō)，也許最令人興奮的二維材料還沒(méi)有準(zhǔn)備好。

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