关注纳米导电新材料
都世民
2017-01-14 ,中评网刊文:“纳米新材料导电性“秒杀”石墨烯”,http://www.CRNTT.com 什么是纳米新导电材料,它与石墨稀有什么关联?.
这篇报道揭示什么?:
1.新颖性是什么?
首次人工合成层状2D结构的电子晶体。
2.应用前景:
有望用于研制透明导体、电池电极、电子发射装置以及化学催化剂等诸多领域。
3.什么是二维材料?
二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,如纳米薄膜、超晶格、量子阱。
4.什么是纳米二维材料?
纳米材料是指材料在某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米尺度。纳米材料可以分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料。
零维材料是指电子无法自由运动的材料,如量子点、纳米颗粒与粉末。
一维材料是指电子仅在一个非纳米尺度方向上自由运动(直线运动),如纳米线性结材料、量子线,最具代表的是碳纳米管(carbon nanotube)。
5.什么是电子晶体?特点是什么?
电子晶体是由正负离子组成的离子化合物,但其负电“离子”完全由电子取代,这些电子质量很小,且不会呆在某个固定位置,到处游离,偶尔与其他电子交换位置,行为表现更像电子气体。这种特性赋予电子晶体高度电子移动和快速导电等性能。透光率可达到97%。
6,使用前景受限
2D电子晶体容易与空气和水发生化学反应,在真空中,才能稳定存在。并保持其强导电性,因此很难在实验室合成。
“秒杀”石墨稀是什么含义?
1.二维材料的来由与石墨烯(导体)
2004年,因曼切斯特大学(University of Manchester)Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯(graphene) 提出二维材料的。石墨烯突出的特点是单元子层厚,高载流子迁移率、线性能谱、强度高。无论是在理论研究还是应用领域,石墨烯都引起了极大的兴趣。石墨烯(导体)是最具代表性,还有二硫化钼(半导体),氮化硼(绝缘体),目前研究热点主要有这三种材料。其它二维材料可参见:《Liquid ecfoliation of layered matreials》,n发表在Science上.石墨烯的发现极大地推动了二维材料,(即只有一个或几个原子层厚的薄膜材料)这一领域的研究。
2.二维材料的电子晶体特性
自然界中存在一种“白石墨”,即六方氮化硼。它有许多和石墨类似的性质,与石墨烯截然不同,六方氮化硼是优良的绝缘体,研究人员发现,将六方氮化硼二维材料作为石墨烯的衬底可大幅提高石墨烯的电子迁移率。除六方氮化硼外,二硫化钼也是二维材料的研究热点之一。与石墨烯和氮化硼都不同,二硫化钼是半导体。因此,用二硫化钼可以做成能关断的场效应晶体管。除此之外,人们还发现了二硫化钨、二硫化钛、二硒化钼、碲化锑及碲化铋等二维材料,这些材料都具备各自特殊的性质。
3.电子晶体特性具备高度电子移动和快速导电等性能。合成层状电子晶体导电性能优于石墨烯..电子晶体行为更像电子气体。
为什么关注这种新材料?
这种新材料诱人之处在于以下特点;
1.北卡罗莱纳大学教堂山分校应用物理和化学副教授斯科特·沃伦带领团队,用氮化二钙分子合成出只有几个纳米薄的2D单层电子晶体,还利用液体剥离技术设法让大量纳米单层电子晶体悬浮在溶液中,其中一种溶剂甚至能让氮化二钙纳米单层稳定悬浮一个月之久仍能维持很好的电学特性。
2.克服了电子晶体从多层结构过渡到单层结构的技术难点,证明在合适的化学环境下,2D电子晶体能长时间保持结构和性能稳定。
这两个特点使我联想到小宇宙探索中,新近在《环球科学》上发表的透明脑,其关键点就是基于上述特点,已研制出水凝胶,材料本身要稳定,同时不影响原来结构,另外要解决单层到多层的导电问题。如果这种材料能在人脑或人体内形成,其应用前景喜人。如果注入这种材料也是值得期待的。
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