二维材料发家史
自年石墨烯获得诺贝尔物理学奖以来,科学家和产业界对石墨烯就开始狂热的追逐
和体相石墨的不同之处在于:石墨烯仅有一个碳原子层厚度,并表现出超优异的力学、电学等性能
在追逐石墨烯的同时,一大批石墨烯之外的二维材料也被相继开发出来,从元素周期表来看,这些元素主要包括:过渡金属、碳族元素、硫族元素以及其他
这些超薄的二维材料和石墨烯一样,具有和体相材料截然不同的新性能图各种二维材料及其结构那么,什么是二维材料
关于二维材料,目前并没有绝对明确的定义,但是有三个方面,是得到科学家广泛认同的:)结构有序;)在二维平面生长;)在第三维度超薄
图二维材料那么问题就来了:)多薄才算超薄
按照石墨烯的定义,石墨烯是单原子层
而实际上单原子层在某些应用上的性能并不是最好的,有时候层或者层左右的多层石墨烯具有最佳性能
因此,大多数科学家对二维材料的厚度并没有严格规定,更重要的还是以和体相材料的性能区别来定义
)是否需要是独立的材料
目前发现的二维材料家族中,有一些是,还有一些仅仅停留在基底表面,这些也被称作二维材料
但是,没有从基底表面剥离下来的二维材料是难以进一步应用的,因此,如何将二维材料从基底表面剥离是一个重要的议题
总之,二维材料并不是从数学上来定义,而是从物理和化学的角度来定义
也就是说,以性能定义
图二维材料结构(从上至下:石墨烯,,,)二维材料究竟有什么特色
单层二维材料的表面原子几乎完全裸露,相比于体相材料,原子利用率大大提高
通过厚度控制和元素掺杂,就可以更加容易地调控能带结构和电学特性,譬如硅烯和磷烯
二维材料可以是导体、半导体,也可以是绝缘体;可以是化学惰性,也可以随时进行表面化学修饰
概括起来,主要有以下个优势:)更利于化学修饰,可以调控催化和电学性能
)更利于电子传递,有利于电子器件性能的提升
)柔性和透明度高,在可穿戴智能器件、柔性储能器件等领域前景诱人