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除了石墨烯 还有这些二维材料可以改变世界

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除了石墨烯 还有这些二维材料可以改变世界

发布日期:2016-11-24 09:26 来源:http://www.lyhxdj.com 点击:

3D和三维一直是二十一世纪以来的热门词汇,例如3D电影,3D打印等。在这些行业中,三维不但意味着更好的视觉效果,还意味着更高的技术水平,然而对于某些领域来说,事情却不是这样。

  在两千多年前,哲学家就曾对物质本源的问题,产生过激烈的讨论。原子派认为物质在无限分割之后,最终会小到无法分割。所以他们把组成的物质称为原子,寓意为「不可分割」。

  随着时间的流逝,虽然现代依然沿用了原始的词汇「原子」,但是其不可分割的本意早已名存实亡。科学家在近百年通过利用物理的手段证明原子是可以分割的。原子的定义变成了保持化学性质的最小单位。

  即便原子是可以分割的,但最大的原子仍然达不到肉眼可见的程度,可以说人们目前能够看到的物质都是由原子三维堆叠而成的。如果能把原子平铺为一层,那么这种物质也就是当之无愧的二维材料。

  在对原子有了一定认识之后,研究人员在尝试了各种形式的材料,在理论上证明二维材料是最薄的材料,并认为这种材料不会稳定存在。所以没有人把这类物质放在心上。

  2004年石墨烯的发现彻底改变了人们原本的看法,以原子组成的二维材料成功的登上了历史的舞台。科学界对石墨烯的关注热情也逐渐拓展到了其他的二维材料上,越来越多的二维材料被发现并研究。

  本文将会带大家了解目前比较出名的二维材料,体会微观材料的魅力与前景。

  石墨烯

  石墨烯是2004年首次被分离出来的二维材料,承担了很多第一的称号。它是由碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料,和其他类型的材料相比,展示出了众多的优点。但是最重要的一点,就是它引发了人们对二维材料研发的兴趣。

  石墨烯有很多让人惊讶的特点,在极低温度下,电子在石墨烯中的传输速度比硅快100倍;拥有非常出色的导热能力;可见光透过率高;强度极高,是钢铁的一百倍;原子层只允许水分子通过。这一系列特点,让石墨烯在各个领域大展拳脚。

  半导体厂商可以用石墨烯来覆盖整个芯片并快速构造射频晶体管,但是使用石墨烯作出逻辑电路是非常困难的。因为硅和其他半导体材料的特点之一就是具有带隙,他们的原子会束缚电子,直到电子接受到足够的能量之后才可以在材料上自由移动。而石墨烯没有带隙,无法选择开或者关的状态。但是也有办法来诱导石墨烯产生一个带隙,例如在石墨烯之上再叠一层石墨烯,或者在材料上切割一条纳米带,都可以产生带隙。但是这些改性方法都会降低电子在石墨烯中的运动速度。

  再加上石墨烯在超级电容器、海水过滤、透明电极等方面同样具有应用潜力,欧盟委员会宣布:在今年年初他们将会在石墨烯的研发上投入10亿欧元的资金。同时,国内对石墨烯的热度也在不停地提高。

  黑磷

  黑磷作为一种新生的二维材料,其光电和能带的特性赢得了研究人员的广泛关注。

  在用胶带剥离石墨烯的启发后,研究人员也尝试用胶带剥离单层的黑磷。而在14年,部分研究人员改进了制造方式,使用液体剥落的方法,提高了制备黑磷烯的收益率。

  结构上来见,黑磷和石墨烯还是有很大差异的,黑磷并不是平面蜂窝状晶格结构。

  由于具有带隙,黑磷在半导体领域显示出了不同于石墨烯的特性。目前研究人员已经成功地用黑磷制作出晶体管、柔性电路、光电器件,并通过与其他二维材料结合,收获了更好的应用。因而在半导体领域,黑磷的前景比石墨烯更加光明。

  当然,黑磷也不是完美的材料,由于黑磷会与空气中的水反应,不经处理的话,晶体管会因为黑磷的腐蚀而失效。

 

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