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中国科学家造出二维金属,厚度仅头发丝直径的20万分之一

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人类科技的发展,离不开材料科学的进步,在进入了21世纪之后,在此研究领域最引人注目的,应该就是二维材料了。近日一个好消息传来,一项发表在《自然》上的研究显示,中国科学家造出二维金属,其厚度仅为头发丝直径的20万分之1左右,下面我们来看看这具体是怎么回事。

简单来讲,二维材料的全称为“二维原子晶体材料”,其单层原子构造,可以让像电子这样的载流子只能在两个维度上自由运动(非纳米尺度),使得它们展现出许多独特的性质,并因此在理论研究和实际应用领域都具备了很大的发展潜力。

人类对二维材料的研究可追溯到2004年,在那个时候,一个来自曼彻斯特大学的研究团队成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯(graphene)。在此之后,随着研究的深入,其他的二维材料又陆续被分离出来,例如氮化硼(BN)、二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨(WSe2)等等。

(石墨烯微观结构)

在过去的日子里,科学家们已成功制造出了几百种二维材料,却迟迟无法造出二维金属材料,为什么呢?原因就是,单质金属中的原子在各个方向上都通过强大的金属键相互连接,这使得想要从其中分离出一层原子级厚度的二维材料,难度极大。

实际上,此次研究正是攻克了这一难题,该研究来自中国科学院物理研究所的一个科研团队,在研究工作中,科学家开发出一种范德华挤压技术,其原理简单来讲就是,通过将熔化的金属夹在两块刚性范德华压砧之间,实现原子级厚度的二维金属的制备。

(图片来自中国科学院物理研究所科研团队)

根据介绍,这种压砧由单层二硫化钼材料和蓝宝石基底构成,其中二硫化钼层不仅为二维金属提供了一个原子级平整的表面,而且还可以承受极高的压力,从而具备了将金属压制到原子级厚度的能力。

利用这项技术,科学家成功地制造出了铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)、铟(In)、镓(Ga)等多种二维金属,其厚度分别为6.3、5.8、7.5、8.4、9.2埃米,大概仅为我们头发丝直径的20万分之1左右,不得不说,这实在是太厉害了。

(图片来自中国科学院物理研究所科研团队)

研究结果表明,这些二维金属的电学、光学和力学性能呈现出许多新的特性,例如实验中单层铋显示出了显著增强的电导率和场效应、非线性霍尔电导率等特性,这些都是传统金属材料所不具备的。

而通过这项技术制造出的二维金属,其实是被两层二硫化钼单原子层封装起来的,这使得它们在环境中非常稳定,且具备非成键的界面,实验结果表明,这些二维金属在实验中经过超过一年的测试,其性能也没有出现退化。

引人注目的是,这项技术还有一个重要优势,那就是可以精准控制二维金属的层次,具体点讲就是通过调整挤压的压力,控制制备出的二维金属的层数,从而进一步调节其电子、光学等性质。这使得这项技术不仅适用于单层材料的制备,也能够在多层二维金属的研究中发挥作用。

(图片来自中国科学院物理研究所科研团队)

科学家表示,二维金属的成功制备,是材料科学领域的一项重大的突破,这项新技术除了极大地扩展了二维材料的研究领域之外,还为新型量子计算、光电子学、能源技术等众多领域提供了新的探索方向,因此我们有理由相信,随着技术的不断成熟,二维金属将在未来成为众多技术革新的重要推动力。

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本文由 Funstec非凡实验室 作者:Albert 发表,转载请注明来源!

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