石墨烯导致二维锡遵循二维材料，不能完全停止

石墨烯导致二维锡遵循二维材料，不能完全停止
来源：东莞市捷诚石墨制品有限公司 发布时间：2018-12-08 点击次数：952


石墨烯的另一个兄弟出现了：二维亚甲基。随着石墨烯的步伐，一波新的二维平面材料正在到来。然而，他们最令人兴奋的应用来自堆叠的三维设备。

物理学家说，他们已经成功地生长出锡原子的二维层状结构。这种材料生长在碲化铋衬底上，并呈现蜂窝结构。从左到右是显微图像、俯视图和剖面图。

美国科学家声称是第一个制备锡（一种由锡原子组成的二维材料）的科学家，但尚未证实它是否具有超高导电性的理论预测。这项研究发表在8月3日的《自然材料》杂志上。

Sinene是石墨烯的新兄弟，在此之前，包括由硅原子组成的有机硅、由磷原子组成的膦、由锗原子组成的锗，甚至由不同的单层原子材料组成的功能材料，这些都是石墨烯的兄弟。

它们有一个共同的名字，二维材料。那么，为什么二维材料成为各国实验室研究的焦点呢它们的特点是什么实际应用前景如何推广应用的难点在哪里

只有几个原子厚度的材料表现出与固体材料非常不同的性质，即使它们具有相同的分子组成。即使大块材料是原始的，如果你把它做成二维形状，它就会展现出一个新的世界。复旦大学的TT物理学家说。

碳是典型的例子。2004年，物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov在曼彻斯特大学的一个实验室中首次从石墨中分离出石墨烯。具有单原子层厚度的碳片柔软、透明、比钢和贝特更强。R比铜导电。它是如此薄以至于它可以被称为二维材料。

物理学家很快开始利用这些特性来开发各种应用，从柔性屏幕到能量存储。不幸的是，石墨烯已被证明不适合于数字电子应用。半导体是这种应用的理想材料：半导体导电。只有当电子被一定的热、光或外加电压能量激发时，才产生电流。所需的能量称为带隙，带隙大小随材料而异，通过调节半导体材料的电导率的开闭，就形成了数字世界中的0和1。

尽管如此，Heim和Novocholov成功生产石墨烯已经激励了其他研究人员开始探索具有带隙的其他二维材料。

虽然石墨烯令人惊叹，但我认为除了碳之外，我们还应该关注各种二维材料。所以，就在2008年，在安德拉斯·基斯有机会在瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）成立自己的纳米电子研究小组之后，他又投票决定探索一类隐藏在石墨烯光中的超平面材料。

这些材料有一个很长的名字，过渡金属二硫化物化合物（TMDC），但是非常简单的二维结构。

到2010年，Kish的团队已经成功地制造了第一种单层二硫化钼（MoS2）晶体管，并预测该晶体管有一天将发展成小型、低压的柔性电子设备，这意味着它们将比传统的硅晶体管消耗更少的能量。半导体不是唯一的优势。研究表明，MoS2能有效地吸收和发射光，在太阳能电池和光电探测器中具有广阔的应用前景。

在短短的几年里，世界各地的实验室都加入了对二维材料的探索。第一，第二，第三，然后突然变成了二维材料的世界。Kish说。关于二维TMDC的论文数量从2008年的几篇增加到了每篇六篇。一天。

物理学家认为，可能有大约500种二维材料，不仅是石墨烯和TMDC，还有单层金属氧化物和元素材料，如硅和磷。在都柏林的T三一学院，你当然可以找到一个。

当研究人员关注TMDC时，理论家们正在寻找其他可以设计成二维结构的材料。一个显而易见的选择是硅：在元素周期表中，硅正好位于碳的下面，类似于碳键合，具有自然带隙，以及w。在电子工业中应用非常广泛。

不幸的是，理论预测表明，这种二维硅片在空气中是高度活性和高度不稳定的。它也不能像其他二维材料那样通过撕裂晶体来制备：天然硅只有类似于金刚石的三维形貌，没有层状结构，如石墨。

人们说这是疯狂的，不可能的。法国第九马赛大学的物理学家盖伊·勒莱说。然而，勒莱，这位在硅上生长金属的多年研究员，意识到通过反过来，一种制造硅的方法，获得了原子厚度的硅。2012年，他成功地制备了硅烷：硅烷层生长在银上，它们的原子结构显示出完美的二维特征。

受到这一成就的鼓舞，勒赖和其他研究人员开始从元素周期表中的碳基下移动。去年，他用类似的技术展示了在金衬底上生长的锗原子，锗的二维网络。

科学家的下一个目标是亚锡。锡应该比硅和锗具有更大的带隙，因此它们的器件可以在更高的温度和电压下工作。此外，科学家们预测锡中的电荷传输只发生在它的外边缘，因此它将具有超高的带隙。H电导率

研究人员也在探索元素周期表的其他部分。去年，由普渡大学的叶培德带领的张元波的研究小组和另一个研究小组从黑磷中剥离出二维层状结构。和石墨烯一样，磷烯能快速传导电子，与石墨烯不同具有天然的带隙，比硅酮更稳定。

磷正迅速上升。在2013年的美国物理学会会议上，它只是张元波研究小组成员报告的主题；到2015年，会议将有三个分支专门讨论磷。然而，与其他纯元素二维材料相比，磷。ne与氧气和水有很强的反应性。如果你想让它持续几个小时以上，你需要把它夹在其它材料层之间。由于这种固有的不稳定性，很难用烯烃材料制成器件；Le Lai估计大约80%的相关a网格仍然处于理论阶段。

尽管如此，张元波和叶培德还是成功地制造了磷光烯晶体管。今年，第一台硅氧烷晶体管问世，虽然只持续了几分钟。然而，乐来对这些问题并非不可克服表示乐观。他指出，两年前，海姆和其他人物理学家还声称，现有的技术不能生产硅晶体管。所以预测未来往往是危险的。乐来开玩笑说。

基什说，每一种材料都像乐高的积木。如果你把它们放在一起，你就可以建造一些新的东西。

二维材料最令人兴奋的前沿之一是将它们堆叠成仍然很薄但确实是三维的结构。可以制造，这将创造以前闻所未闻的设备。

Kish说，与其试图寻找一种材料并说它是最好的，不如将它们以某种方式组合起来，以便它们能够利用它们的不同优势。这意味着我们可以堆叠不同二维材料的组分，从而制造小型、致密的三维。电路。

今年2月，Novoschlov和他的团队颠倒了太阳能电池的概念，设计了一个以石墨烯为电极，二硫化钼（MoS2）和其他TMDC材料的发光二极管。通过选择不同的TMDC，他们还可以控制光子释放的波长。

意大利国家纳米科学公司（NEST）的物理学家马可·波利尼（Marco Polini）说，甚至石墨烯也可以从其他二维材料中得到推广。他的团队一直在研究将石墨烯夹在二维层状绝缘体——氮化硼（BN）之间的器件。ce，石墨烯层可以压缩光束并为光束提供通道，这比石墨烯夹在块状材料之间的器件要好得多。原则上，这意味着可以用光子而不是电子在芯片之间传送信息，而电子可以制造芯片。Polini说，沟通速度更快，效率更高。

瑞典Charms Polytechnic大学的物理学家Jari Kinaret说，目前二维材料领域的繁荣让人想起了2005年石墨烯的热潮。他是欧盟石墨烯旗舰项目的负责人，该项目也研究其他二维材料。

但是Kinalet警告说，要真正评估这些材料的潜力还需要20年。Kinarett说，对二维材料的初步研究主要集中于它们的电学性质，因为它们更接近物理学家的起源，但我认为这是所谓的ed应用程序，即使有一天实现，也更可能位于完全不可预测的区域中。

在实验室中性能良好的材料并不总是能达到实际应用。二维材料面临的主要问题之一是如何廉价地制备均匀无缺陷的二维薄层。由于需要将天然存在的白磷置于超高压下，黑色磷块体材料的制备也非常昂贵。目前，还没有人生长出单层二维材料。完美地从头开始，更不用说物理学家认为有前途的分层结构了。

华盛顿大学的物理学家徐晓东说，制备异质结构需要很长时间。准备过程如何加速或自动化还有很多工作要做。

这些实际问题可能使二维材料无法实现其所期望的前景。已经出现了许多这样的热潮，但结果是昙花一现。但我认为，鉴于现有二维材料的数量众多且性质丰富，我们应该能够确保同时，这个领域正在扩大。科尔曼说，砷，一种分子量比磷烯大的同源兄弟，已经进入了研究人员的想象。

随着人们朝着新的方向前进，他们将发现更多具有优良性能的新材料。科尔曼说，也许最令人兴奋的二维材料还没有准备好。

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