二維材料的案例
快被炒糊的二維材料，能幫到AI什么忙？
二維材料是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運(yùn)動的材料。這句話雖然很難理解，但提起石墨烯，大家一定會不約而同的說一聲——“搜嘎”。
除去我們最熟悉的石墨烯之外，拓?fù)浣^緣體、過渡金屬硫化物、黑磷等等同樣也是二維材料。今天這一期“AI的朋友們”就來談?wù)劊?em>二維材料在這一年走了多遠(yuǎn)。
作為一項(xiàng)尚未成熟的技術(shù)，二維材料最有趣的地方就是在材料本身上還有很多不確定性。在2018年，二維材料最基礎(chǔ)的進(jìn)步就是有越來越多的材料種類被我們發(fā)現(xiàn)了。
尤其在今年上半年，Nature雜志上一篇論文提出了一種名叫“二維過渡金屬硫?qū)倩衔铩保ㄟ^最新的合成策略，可以一招合成四十七種二維材料，其中還包括十七種應(yīng)用型極強(qiáng)的金屬材料。
二維材料的用途，永遠(yuǎn)是N+1
當(dāng)然，以上這些屬于腦洞型用途，大多數(shù)是根據(jù)二維材料的物理特性推測得出的結(jié)論，只有在極端理想的條件下才能實(shí)現(xiàn)。不過在2018年，關(guān)于二維材料的一項(xiàng)重要進(jìn)展，就是在應(yīng)用方式上開始有了更多實(shí)際的方案。
在最近普渡大學(xué)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院得出的研究成果，就是其中一個典型。
或許過不了幾年，我們就能在電腦、手機(jī)上使用這種全新的存儲單元了。
當(dāng)石墨烯出現(xiàn)在秋褲里
當(dāng)然，更能吸引我們的，還是二維材料具體的產(chǎn)品化進(jìn)程。它們出現(xiàn)在了哪些量產(chǎn)產(chǎn)品里、我們是否已經(jīng)應(yīng)用上了它們，相比并不少見的科研進(jìn)展，這些有關(guān)產(chǎn)品化的問題距離我們這些普通消費(fèi)者更近。
坦白來說，雖然這些年間二維材料的種類層出不窮，可是真正在產(chǎn)品化上進(jìn)展較快的，還是石墨烯這位“老戲骨”。
從好的一面來講，石墨烯所代表的二維材料確實(shí)在今年有了不少產(chǎn)品化上的進(jìn)步，可從壞的一面講，二維材料概念距離被炒糊恐怕也不遠(yuǎn)了。
對于AI的產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，二維材料輕薄、體積小的特性，可能會給AIoT帶來無盡的想象空間。
展開 MOF衍生出的二維材料在電催化中的應(yīng)用
【引言】
由于具有更多的活性位點(diǎn)和更短的反應(yīng)物/產(chǎn)物擴(kuò)散路徑，二維材料近年來在點(diǎn)催化領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。但目前二維材料的制備主要局限于水熱合成及液相剝離。此類方法往往具有明顯的缺陷：例如水熱不易控制材料的厚度，而液相剝離不僅產(chǎn)率較低而且操作過程經(jīng)常會使用到對人體有害的化學(xué)試劑。納米尺度的晶界缺陷工程能夠顯著提高納米電催化劑在OER、CO2還原等反應(yīng)中的催化活性。因此，理論上，在二維材料內(nèi)引入納米尺度的晶界缺陷可以進(jìn)一步提高二維材料的電催化性能。然而，目前主要使用鋰離子電化學(xué)調(diào)控的方法來破壞晶粒得到納米多晶材料。因此，在制備方法上尚有一些困難需要克服。
【成果簡介】
美國愛荷華州立大學(xué)的科研工作者在ACS Energy Letters上，發(fā)表了題為“Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced Oxygen Evolution Catalysts”的研究論文，并被選為期刊封面。該工作主要以室溫合成Co-MOF陣列為前驅(qū)體，通過室溫條件下乙醇溶液體系對MOF進(jìn)行破壞/重組，得到納米尺度的多晶二維材料的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。堿性條件下該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性和穩(wěn)定性。該工作同時也對Co-MOF的生長及二維材料的形成機(jī)理進(jìn)行了探討。
【圖文導(dǎo)讀】
Scheme 1. 室溫條件下Co-MOF的合成路徑及多晶二維材料的生成示意圖。
Figure 1. Co-MOF 及生成的Co(OH)
2二維材料的結(jié)構(gòu)/成分表征。
Figure 2.
展開 清華綜述：CVD生長二維材料，可控制備、高質(zhì)量材料及生長機(jī)理
材料的可控制備是二維材料應(yīng)用的前提，化學(xué)氣相沉積（CVD）是制備二維材料的重要方法。然而，當(dāng)前制備化合物二維材料主要以固相前驅(qū)體為原料，其升華和擴(kuò)散過程復(fù)雜且難以控制、生長體系中材料制備反應(yīng)和副反應(yīng)共存，這給材料制備的可控性、重復(fù)性和高質(zhì)量材料的獲取帶來了巨大挑戰(zhàn)。
近日，清華-伯克利深圳學(xué)院（TBSI）低維材料與器件實(shí)驗(yàn)室成會明、劉碧錄團(tuán)隊(duì)受邀在綜述期刊《材料研究述評》（Accounts of Materials Research）上發(fā)表了題為 《化學(xué)氣相沉積法生長化合物二維材料: 可控制備、高質(zhì)量材料及生長機(jī)理》（Chemical Vapor Deposition Growth of Two-dimensional Compound Materials: Controllability, Material Quality, and Growth Mechanism）的綜述文章。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/accountsmr.0c00063
該綜述以二維過渡金屬硫族化合物（TMDCs）為例，回顧了CVD生長二維材料的進(jìn)展，總結(jié)了近年來研究人員建立的具有前景的生長策略，并重點(diǎn)討論了CVD生長二維材料中涉及的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)難題，包括非金屬前驅(qū)體、金屬前驅(qū)體、襯底工程、溫度、氣流等的控制策略和方法。該文還對CVD生長二維材料的機(jī)理研究進(jìn)行了總結(jié)。
最后，文章指出了CVD生長二維材料領(lǐng)域未來的研究方向，其中包括：新型二維材料的制備（如穩(wěn)定p型半導(dǎo)體材料、高遷移率二維材料、寬帶隙二維材料、窄帶隙二維材料），CVD生長結(jié)合后處理以獲得新型二維材料和異質(zhì)結(jié)構(gòu)，新奇物性與應(yīng)用探索。
展開 新研究有助于改善二維材料性能
導(dǎo)讀
近日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)首次探索出新方法，改善了化學(xué)氣相沉積法合成的二維材料的性能。此外，該校另一個團(tuán)隊(duì)使用摻雜工藝，將外來的錸原子摻雜到二硫化鉬薄膜晶格中，改善其性能。這兩項(xiàng)研究將有利于二維材料在電子、光子和存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景
2004年，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃消洛夫（Konstantin Novoselov）成功分離出一種由單層碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)材料——石墨烯（graphene）。
（圖片來源：Tatiana Shepeleva/Shutterstock）
伴隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，二維材料的概念也隨即被提出。二維材料是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運(yùn)動（平面運(yùn)動）的材料，如納米薄膜、超晶格、量子阱。典型的二維材料包括：石墨烯、氮化硼、過渡族金屬化合物（二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鎢）、黑磷等。
時下，二維材料已成為熱門的前沿科技領(lǐng)域之一。二維材料通常是由一層或者幾層原子組成薄膜，因此非常輕薄，并具有十分優(yōu)異的電氣、機(jī)械、熱學(xué)、光學(xué)特性。
如今，二維材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，例如：自旋電子、印刷電子、柔性電子、微電子、存儲器、處理器、超透鏡、太赫茲、超級電容、太陽能電池、防偽標(biāo)簽、量子點(diǎn)、傳感器、半導(dǎo)體制造、NFC、醫(yī)療等。
微機(jī)械剝離法（即從大塊的材料上剝離出一薄層
）和化學(xué)氣相沉積法（將氣體前體冷凝到襯底上）是制造二維材料兩種常用方法。前一種方法可以提供更高質(zhì)量的材料，但是對于制造設(shè)備來說不實(shí)用；后一種方法可以很好地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但是產(chǎn)出的二維材料薄膜性能較低。
創(chuàng)新
為什么化學(xué)氣相沉積法合成的二維材料的性能，會比理論預(yù)測的差幾個數(shù)量級？近日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的團(tuán)隊(duì)首次給出了新的理解。
展開 
新加坡南洋理工大學(xué)Nature Catalysis:二維材料在電催化中的應(yīng)用
【引言】
二維材料的概念最初是由石墨烯引入的。石墨烯是一種從石墨中剝離出的單原子層碳材料，具有顯著的各向異性和電子特性。在科學(xué)家的努力下，其他種類的超薄二維納米材料被開發(fā)出來，其中包括單層或幾層的過渡金屬二硫化物、金屬氧化物、層狀雙氫氧化物、六方氮化硼、石墨氮化碳、金屬碳化物、金屬氮化物以及一系列單元素化合物，比如黑磷、單層砷烯、銻烯等。這些材料具有單原子和幾個原子的厚度，層與層之間具有獨(dú)特的鍵合作用。這些材料在平面內(nèi)具有很強(qiáng)的共價鍵合作用，以及層與層之間較弱的范德華作用。這種較弱的范德華作用使其可以很容易地從材料本體剝離形成超薄的納米片層。這些超薄的納米片層由于各向異性，會和本體材料有完全不同的性質(zhì)。
二維納米材料由于層狀的性質(zhì)，早期被用于潤滑劑。通過科學(xué)家的努力，二維材料憑借其電子結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的物理性質(zhì)在很多方面都有應(yīng)用。石墨烯是一種零能量的半金屬，因?yàn)殡娮痈叨攘鲃樱瑥亩宫F(xiàn)出卓越的導(dǎo)電性。通過調(diào)整過渡金屬和硫化物種類，過渡金屬二硫化物可以實(shí)現(xiàn)作為半導(dǎo)體、絕緣體和純金屬的屬性。絕緣體h-BN和半導(dǎo)體g-C3N4具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。二維納米材料的這些性質(zhì)，使其被廣泛地應(yīng)用在電子器件、傳感器和催化等方面。由于可持續(xù)能源的發(fā)展，二維材料在這些領(lǐng)域的應(yīng)用因?yàn)槭艿降膹V泛的關(guān)注和發(fā)展。電催化是未來清潔能源的核心，而二維材料是傳統(tǒng)貴金屬催化劑的很好的替代品。
二維材料在催化領(lǐng)域應(yīng)用的潛力主要可以概括為三個方面：較大的表面積、機(jī)械性能以及很強(qiáng)的傳導(dǎo)性（熱和電）。二維材料較大的比表面積可以提供較多表面活性位點(diǎn)；優(yōu)異的機(jī)械性能可以提供催化的持久性；熱導(dǎo)率可以輔助反應(yīng)中產(chǎn)生的熱擴(kuò)散。
展開 Nature重大突破：復(fù)旦大學(xué)發(fā)現(xiàn)一種新型二維材料！
個人分類： 科研編輯
**鏈接：**http://flac3d.cn/hdp/lam/zsb.html
自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，對二維材料的研究開始進(jìn)入科學(xué)家的視野。迄今為止，科研人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了包括絕緣體、半導(dǎo)體、金屬等至少幾十種性質(zhì)截然不同的二維材料。日前，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系張遠(yuǎn)波教授團(tuán)隊(duì)在二維磁性材料領(lǐng)域取得重大突破——發(fā)現(xiàn)了一種新型的磁性二維材料Fe3GeTe2，為研究二維巡游磁性提供了一個全新的理想體系。此外，通過鋰離子插層調(diào)控，研究團(tuán)隊(duì)在Fe3GeTe2薄層中獲得了室溫以上的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度，為未來基于這種材料研發(fā)超高密度、柵壓可調(diào)且室溫可用的磁電子學(xué)器件提供了新的可能性。
10月22日（倫敦時間），該研究以《二維鐵鍺碲中柵壓調(diào)控的室溫鐵磁性》
（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”）為題發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授張遠(yuǎn)波為論文通訊作者，物理學(xué)系2016級博士生鄧雨君、博士后於逸駿為論文的共同第一作者。
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0626-9
伴隨著單原子層的石墨材料——石墨烯被成功分離出來，二維材料的概念被正式提出來。僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。作為二維材料的石墨烯，與之對應(yīng)的母體材料就是石墨，即二維材料依靠層間范德瓦爾斯相互作用堆積而成的層狀材料。自上世紀(jì)70年代起，層狀材料就由于電荷密度波、超導(dǎo)、鋰電池等領(lǐng)域的研究頗受關(guān)注。把層狀材料中的最小單元——一個單層——制備出來進(jìn)行研究，就好比我們打開一本書仔細(xì)研讀其中的某一頁。
展開 Nature重大突破：復(fù)旦大學(xué)發(fā)現(xiàn)一種新型二維材料！
自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，對二維材料的研究開始進(jìn)入科學(xué)家的視野。迄今為止，科研人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了包括絕緣體、半導(dǎo)體、金屬等至少幾十種性質(zhì)截然不同的二維材料。日前，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系張遠(yuǎn)波教授團(tuán)隊(duì)在二維磁性材料領(lǐng)域取得重大突破——發(fā)現(xiàn)了一種新型的磁性二維材料Fe3GeTe2，為研究二維巡游磁性提供了一個全新的理想體系。此外，通過鋰離子插層調(diào)控，研究團(tuán)隊(duì)在Fe3GeTe2薄層中獲得了室溫以上的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度，為未來基于這種材料研發(fā)超高密度、柵壓可調(diào)且室溫可用的磁電子學(xué)器件提供了新的可能性。
10月22日（倫敦時間），該研究以《二維鐵鍺碲中柵壓調(diào)控的室溫鐵磁性》
（“Gate-tunable Room-temperature Ferromagnetism in Two-dimensional Fe3GeTe2”）為題發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授張遠(yuǎn)波為論文通訊作者，物理學(xué)系2016級博士生鄧雨君、博士后於逸駿為論文的共同第一作者。
文章鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0626-9
伴隨著單原子層的石墨材料——石墨烯被成功分離出來，二維材料的概念被正式提出來。僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。作為二維材料的石墨烯，與之對應(yīng)的母體材料就是石墨，即二維材料依靠層間范德瓦爾斯相互作用堆積而成的層狀材料。自上世紀(jì)70年代起，層狀材料就由于電荷密度波、超導(dǎo)、鋰電池等領(lǐng)域的研究頗受關(guān)注。把層狀材料中的最小單元——一個單層——制備出來進(jìn)行研究，就好比我們打開一本書仔細(xì)研讀其中的某一頁。對于二維材料的深入研究，不僅很有可能幫助我們揭開這些層狀母體材料的謎團(tuán)，還可能使我們發(fā)現(xiàn)蘊(yùn)藏于其中的不存在于三維體系中的物理。
展開 二維材料的研究現(xiàn)狀及未來展望
二維材料是厚度為幾納米或更小的由單層原子組成的結(jié)晶材料。這些材料中的電子可以在二維平面中自由移動，但它們在第三方向上的運(yùn)動受量子力學(xué)的限制。自從第一個二維材料——石墨烯，于2004年問世以來，迄今為止已有約700種二維材料被實(shí)驗(yàn)或理論認(rèn)證可以穩(wěn)定存在。其中部分材料已用于光伏，半導(dǎo)體，電極和生物監(jiān)測等應(yīng)用中。自十多年前發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，二維層狀材料（2DLM）一直是材料研究的核心焦點(diǎn)。其特殊結(jié)構(gòu)影響并革新了電子器件的設(shè)計，出現(xiàn)了前所未有特征或獨(dú)特的功能；除了石墨烯，二硫化鉬是其之后的第二種最受歡迎的二維材料。在某些情況下，二硫化鉬可以以新的方式改變石墨烯的光學(xué)和電子性質(zhì)；通過控制合成二維納米結(jié)構(gòu)的單晶鈣鈦礦，科學(xué)家獲得了高太陽能轉(zhuǎn)化效率的光伏材料。預(yù)計到2025年，二維材料的全球市場將達(dá)到3.9億美元。二維材料的獨(dú)特性能，特殊結(jié)構(gòu)和龐大的潛在市場吸引了許多科學(xué)家的研究興趣。本文將介紹幾種二維材料的突破性研究成果。
1.“萬能的”石墨烯
（1）Janus材料的開發(fā)
Janus是羅馬神話中的“雙面門神”。它擁有兩個相反朝向的兩張臉。Janus材料也是一種有類似特征的神奇材料。如我們生活中能見到的蓮花葉，一側(cè)疏水一側(cè)疏油。Janus材料擁有雙面功能不對稱的特征，這使得它可以被用在一些特殊的領(lǐng)域，例如探測器，水油分離膜，藥物包裹膜，仿生膜等等。在2004年石墨烯發(fā)明以來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)擁有極好機(jī)械柔性和剛性的石墨烯片可以用來制備Janus材料。科學(xué)家通過選擇性表面對石墨烯進(jìn)行改造，制造了很多納米和微米級的二維Janus材料。例如，單層石墨烯是零帶隙半導(dǎo)體。為了深入了解石墨烯的帶隙，科學(xué)家通過對石墨烯加氫和加鹵素進(jìn)行了大量的計算。而通過非對稱工程對石墨烯加氫或鹵素，可以有效的加寬材料的能帶和改變其晶格常數(shù)以實(shí)現(xiàn)不同的特性。
展開 MIT最新Science:原子級精確控制制備晶圓級二維材料
【引言】
鑒于二維材料具有較強(qiáng)的面內(nèi)（層內(nèi)）穩(wěn)定性以及與之相對的較弱的面外（層間）相互作用，這類材料可以通過相互堆疊形成多種具有廣泛功能的器件類型。從某種程度上來說，構(gòu)建二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)就像搭建樂高積木。為了更好地調(diào)控二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的功能，單層薄膜級的二維材料模塊的制備及其單層級堆疊控制是非常必要的。然而，目前剝離制備單層薄片的方法存在著成本高昂，難以穩(wěn)定剝離二維晶體結(jié)構(gòu)等弊病，亟需引入新型制備方法改善現(xiàn)有剝離工藝。
【成果簡介】
美國麻省理工學(xué)院的Jeehwan Kim（通訊作者）率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種層分辨率級分離（LRS）的通用型技術(shù)來生產(chǎn)晶圓規(guī)模（直徑5厘米）的二維材料單層。這一技術(shù)首先需要在晶圓上快速生長較厚的二維材料，之后收集這些材料中單堆疊多層，最終通過多次分離（splitting）的過程將其制備成單層。這一方法可用于制備包括二硫化鉬、硫化鎢在內(nèi)的多種材料單層，在此基礎(chǔ)上設(shè)計制備的范德瓦耳斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)具備原子級厚度和良好的性能。2018年11月9日，相關(guān)成果以題為“Controlled crack propagation for atomic precision handling of wafer-scale two-dimensional materials”的文章在線發(fā)表在Science上。
展開 二維材料宏觀組裝體實(shí)現(xiàn)塑性再加工
01
研究背景
二維材料家族涵蓋了絕緣體、半導(dǎo)體、金屬和超導(dǎo)體，并展現(xiàn)出許多不同于三維材料的獨(dú)特物性。將二維材料組裝為其宏觀體是制備高性能多功能宏觀材料的一種新思路。目前二維材料宏觀體的常見制備方法是濕法組裝，即以低濃度分散液為前驅(qū)體制備固態(tài)材料。然而，在向固態(tài)材料轉(zhuǎn)變的干燥過程中，二維宏觀材料不可避免地出現(xiàn)顯著的各向異性劇烈收縮，從而導(dǎo)致組裝結(jié)構(gòu)的低尺寸精度問題。這一“加工精度困境”限制了二維宏觀組裝材料結(jié)構(gòu)的精確控制以及性能進(jìn)一步提升。
在傳統(tǒng)金屬制造中，其精細(xì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑往往通過塑性加工實(shí)現(xiàn)：金屬粉末原料通常預(yù)先被加工成板狀、管狀等坯料，再通過輥壓、模壓、擠出成型等塑性加工工藝，將固態(tài)原材料直接制備成具有特定形狀或結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。
這為解決二維材料濕法組裝加工精度低的問題提供了有益的借鑒思路：
將濕法組裝的氧化石墨烯宏觀材料作為高濃度的固態(tài)原材料，利用塑性再加工方法實(shí)現(xiàn)表面精細(xì)立體結(jié)構(gòu)、陣列結(jié)構(gòu)或圖案化結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)筑。
展開 天津大學(xué)Nanoscale：新型二維材料α-GeTe：具有鐵離子敏感性
【引言】
自2004年石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料越來越引起人們的關(guān)注，過渡金屬硫族化合物（TMDs）、黑磷、硅烯、鍺烯、砷烯等類石墨烯二維材料的發(fā)現(xiàn)極大地豐富了二維材料的種類。但是現(xiàn)存的這些二維材料都存在一些缺點(diǎn)，比如，石墨烯是零帶隙的半導(dǎo)體材料，黑磷在空氣中不能穩(wěn)定存在，因此對新型二維材料的探索研究具有很大的價值。α-GeTe能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶與無定型的可逆相轉(zhuǎn)變，通常作為相變存儲器來研究，同時，值得注意的是α-GeTe也是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的窄帶隙半導(dǎo)體材料，載流子密度高達(dá)1021 cm-3。根據(jù)文獻(xiàn)報道，對納米尺度的α-GeTe已經(jīng)有了一定的研究基礎(chǔ)，但是對于α-GeTe的二維半導(dǎo)體性質(zhì)還沒有過報道，因此，對于二維α-GeTe的研究具有非常重要的價值和創(chuàng)新性。
【成果簡介】
近日，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院封偉教授課題組在Nanoscale上發(fā)表最新研究成果：“Sonication-Assisted Liquid-Phase Exfoliated α-GeTe: A Two-Dimensional Material with high Fe3+ Sensitivity”。本文通過理論計算的方法證明了單層α-GeTe是熱力學(xué)穩(wěn)定的間接帶隙半導(dǎo)體材料，而且在紫外光區(qū)有吸收。首次通過超聲輔助液相剝離法制備了少層甚至單層的α-GeTe納米片。原子力顯微鏡（AFM）表征證明了液相法剝離得到的單層α-GeTe的厚度為1.6 nm，紫外吸收光譜證明了單層α-GeTe的光學(xué)帶隙為1.93 eV，與理論計算值較為接近。通過熒光光譜證明了α-GeTe納米片對鐵離子具有較好的選擇性，可用于鐵離子的檢測。該項(xiàng)研究是在國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下完成的。文章的第一作者是碩士研究生張盼盼同學(xué)。
展開 
.: 二維發(fā)光材料：制備、性能和應(yīng)用
【內(nèi)容簡介】
在過去十幾年中，得益于科研工作者的不懈努力，二維材料在基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)等方面都取得了巨大的進(jìn)步。其中，如過渡金屬硫化物、黑磷等無機(jī)二維發(fā)光材料由于其獨(dú)特的電子學(xué)、光學(xué)和光電特性而受到越來越廣泛的關(guān)注。研究人員通過調(diào)整二維材料的層數(shù)、設(shè)計其介電環(huán)境以及形成合金、創(chuàng)建范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)等方法來調(diào)節(jié)它們的物理性質(zhì)，而這些性質(zhì)的調(diào)控使此類材料衍生出許多新穎的發(fā)光特性，從而拓展了它們在照明、成像和傳感方面的潛在應(yīng)用。近幾年，隨著二維材料版圖的進(jìn)一步擴(kuò)展，如二維聚合物、金屬-有機(jī)框架和有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦等二維有機(jī)和有機(jī)-無機(jī)雜化材料也以低成本、化學(xué)多功能性和溶液加工性等優(yōu)點(diǎn)成為熱點(diǎn)研究對象。尤其重要的是，此類二維材料的組成和結(jié)構(gòu)可以在分子層面進(jìn)行合理的設(shè)計和可控的修飾，進(jìn)一步拓展了它們性能的可調(diào)節(jié)性與應(yīng)用范圍。
近日，西北工業(yè)大學(xué)的黃維院士與南京工業(yè)大學(xué)的黃曉教授、陳永華教授（共同通訊）聯(lián)合在Chem. Soc. Rev.上發(fā)表綜述文章，題為：Two-dimensional light-emitting materials: preparation, properties and applications。第一作者為王志偉博士和仇晶晶碩士。作者將二維發(fā)光材料歸納為三大類，即二維無機(jī)發(fā)光材料、二維有機(jī)發(fā)光材料和二維有機(jī)-無機(jī)雜化發(fā)光材料，并對其制備、性質(zhì)及應(yīng)用進(jìn)行了點(diǎn)評。作者闡述了每一類材料的制備方法并討論它們的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，特別對結(jié)構(gòu)與發(fā)光特性之間的關(guān)系進(jìn)行了重點(diǎn)討論。最后，作者對二維發(fā)光材料目前的潛在應(yīng)用以及發(fā)展中的挑戰(zhàn)和未來機(jī)遇進(jìn)行了展望。
【圖文介紹】
圖1.
展開 浙大高超教授、許震研究員團(tuán)隊(duì)AM：二維材料宏觀組裝體的塑化再加工
二維材料家族涵蓋了絕緣體、半導(dǎo)體、金屬和超導(dǎo)體，并展現(xiàn)出許多不同于三維材料的獨(dú)特物性。將二維材料組裝為其宏觀體是制備高性能多功能宏觀材料的一種新思路。目前二維材料宏觀體的常見制備方法是濕法組裝，即以低濃度分散液為前驅(qū)體制備固態(tài)材料。然而，在向固態(tài)材料轉(zhuǎn)變的干燥過程中，二維宏觀材料不可避免地出現(xiàn)顯著的各向異性劇烈收縮，從而導(dǎo)致組裝結(jié)構(gòu)的低尺寸精度問題。這一“加工精度困境”限制了二維宏觀組裝材料結(jié)構(gòu)的精確控制以及性能進(jìn)一步提升。
在傳統(tǒng)金屬制造中，其精細(xì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑往往通過塑性加工實(shí)現(xiàn)：金屬粉末原料通常預(yù)先被加工成板狀、管狀等坯料，再通過輥壓、模壓、擠出成型等塑性加工工藝，將固態(tài)原材料直接制備成具有特定形狀或結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。這為解決二維材料濕法組裝加工精度低的問題提供了有益的借鑒思路：將濕法組裝的氧化石墨烯宏觀材料作為高濃度的固態(tài)原材料，利用塑性再加工方法實(shí)現(xiàn)表面精細(xì)立體結(jié)構(gòu)、陣列結(jié)構(gòu)或圖案化結(jié)構(gòu)的精確構(gòu)筑。
浙江大學(xué)高分子系高超教授、許震研究員團(tuán)隊(duì)選取氧化石墨烯為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停沂玖?em>二維氧化石墨烯近固態(tài)的彈塑性轉(zhuǎn)變特征，總結(jié)了二維材料的塑性行為，提出了以氧化石墨烯為代表的二維材料的精密塑化再加工策略，實(shí)現(xiàn)了宏觀組裝材料表面立體結(jié)構(gòu)的精細(xì)構(gòu)筑，拓展了二維宏觀材料的應(yīng)用前景。相關(guān)成果以“Hydroplastic Micro-molding of Two-dimensional Sheets”發(fā)表在Advanced Materials(Adv.Mater. 2021,2008116)。論文的第一作者為博士后郭凡，現(xiàn)工作單位為南京理工大學(xué)化工學(xué)院。
展開 二維材料的快速三維自組裝: 從氧化石墨烯到二硫化鉬
石墨烯之后的新型二維材料由于缺少表面豐富的功能性基團(tuán)，導(dǎo)致其無法像石墨烯那樣通過氧化法實(shí)現(xiàn)功能化和高度的分散性。因此在將這些新型二維材料構(gòu)筑成三維結(jié)構(gòu)時會遇到很多困難。
清華大學(xué)深圳研究生院呂偉課題組與天津大學(xué)楊全紅課題組借助1,4-丁二醇二縮水甘油醚(BDGE)與氧化石墨烯上羧基的相互作用， 實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯的快速三維組裝。此工作近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9363-7。
圖1 氧化石墨烯與二硫化鉬的三維自組裝結(jié)構(gòu)
本工作通過表面活性劑分散其他二維材料并實(shí)現(xiàn)材料表面官能化，借助于這些表面官能團(tuán)與BDGE的相互作用， 發(fā)展出一種普適的二維材料快速三維自組裝方法。 以二硫化鉬為例，組裝形成的三維結(jié)構(gòu)顯著提高了表面利用率，極大地改善了其作為鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
來源：中國科學(xué)材料
展開 清華-伯克利深圳學(xué)院成會明、劉碧錄團(tuán)隊(duì)在二維材料Bi2O2Se控制制備及光電探測方面取得新進(jìn)展
【引言】
現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步在很大程度上依賴于以半導(dǎo)體硅和III-V族化合物為基礎(chǔ)材料的集成電路的發(fā)展。當(dāng)前，由于受到短溝道效應(yīng)等物理規(guī)律和制造成本的限制，CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)有可能達(dá)到極限，這也預(yù)示著“摩爾定律”的步伐可能會減慢或終結(jié)。尋找和開發(fā)新型溝道半導(dǎo)體材料，如近年來興起的二維材料，進(jìn)而延續(xù)摩爾定律或構(gòu)建新原理器件，是凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)和電子器件領(lǐng)域的前沿課題和一大研究重點(diǎn)。最近，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)二維Bi2O2Se具有很高的電子遷移率、良好的穩(wěn)定性和合適的帶隙，與現(xiàn)有二維材料呈現(xiàn)出很好的互補(bǔ)特性，有望成為新型溝道二維材料。由于材料晶粒之間的晶界將造成電子散射，同時考慮到半導(dǎo)體工業(yè)通常以晶圓級材料為基礎(chǔ)進(jìn)行加工和應(yīng)用，故大面積單晶材料的生長制備尤為重要，而如何控制制備大尺寸Bi2O2Se單晶就顯得尤為關(guān)鍵。
【成果簡介】
為解決上述難題，清華大學(xué)清華-伯克利深圳學(xué)院 (TBSI)成會明、劉碧錄團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種物理氣相沉積自限制外延法生長毫米級二維Bi2O2Se單晶。該方法以Bi2O2Se粉體為前驅(qū)體并置于反應(yīng)爐低溫一側(cè)，將生長襯底云母置于反應(yīng)爐高溫一側(cè)，進(jìn)行物理氣相沉積，進(jìn)而制備出二維Bi2O2Se。其中生長基底與Bi2O2Se的晶格匹配適中，能夠自限制外延生長二維原子晶體，進(jìn)而制備出2毫米尺寸的單層和少層二維Bi2O2Se單晶。材料表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)二維Bi2O2Se具有很高的晶體質(zhì)量和合適的化學(xué)計量比。
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