二维纳米材料新进展.doc

文档介绍：二维纳米材料新进展
Kristie J. Koski† and Yi Cui†,‡,*
†Department of Materials Science & Engineering, Stanford University, Stanford, California 94305, United States, and ‡Stanford Institute for Materials and
Energy Sciences, SLAC National Accelerator Laboratory, 2575 Sand Hill Road, Menlo Park, California 94025, United States
摘要: 随着石墨烯的出现,人们开始重点关注两维材料的特殊性能,而石墨烯由于缺乏内在的带隙和有限的顺从化学改性,引发了人们对于其相似结构和其他的2D层状纳米材料越来越浓的兴趣。在本期的ACS Nano中, Bianco等人对其中的一种材料的制备和特性表征做了报告。它就是Germanane ,一种由氢化起皱锗原子组成的,类石墨烷的单原子层结构。它是通过机械剥离法,从GeH中生成一个二维纳米材料。 Germanane已经被预测到有直接带隙和高电子迁移率等属性。由于有着非常好的应用前景,与Germanane相似的二维单层材料引起了人们极大的兴趣。我们提供的字段中的立体二维层状纳米材料和令人兴奋的增长领域,并讨论Germanane的新发展适合在现在和可预见的未来。我们对二维纳米材料以及相关热门领域进行了总结,讨论Germanane能够给我们带来哪些新的发展,无论是在现在,还是在可以预见的未来。
由于有着有力的技术保障,二维纳米材料已经在过去的数十年间取得了长足的发展[1][2]。二维纳米材料常常从大块的层状晶体中制取,如石墨或二硫属化物(图1)。这些固体包括由共价键结合的一层或多层的原子层,中间相距一个范德华距离。单层的材料可以通过多种方法制得,如机械剥离法,液体剥离法,或者是lithium-intercalation/deintercalation。
二维材料展示了独特的物理性质[2]。这些性质也被他们所对应的块材所拥有[3],包括电荷密度波,拓扑绝缘体[4],二维电子气的物理,超导现象,自发磁化和各向异性的传输特性等。二维层状材料在电池,电致变色显示,化妆品,催化剂,和固体润滑剂等方面有着一系列广泛的应用[3]。
同层的连续减薄到单层尺寸,层状块材的固有性质将被改变。随着该领域研究的不断壮大,许多单层材料具有的物理、电子独特及结构性能出现了。令人振奋的例子之一是发现在分层的大量过渡金属硫族化合物(二硫化钼,WS2 , TISE2 , Bi2Se3 )接近单层厚度[2]。这些材料,特别是展现高迁移率和维持一个带隙接近数层系统。一个特殊的例子是二硫化钼,有着200平方厘米​​/ (VS)的电子迁移率[5]。二硫化钼也经历了间接的相位变化带来的直接带隙半导体与随行光致发光,作为一种可能的2D晶体管材料。其他金属硫族化合物,尤其是Bi2Se3(图1) , Sb2Te3和Bi2TE3 ,展现了热电和拓扑绝缘体性能,吸引了对于未来应用的兴趣[4]。
其他独特的化学方法研制新型二维材料也出现了。通过三元碳化物,氮化物和碳氮化物与氟