據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月11日報(bào)道,美國研究人員首次合成出層狀2D結(jié)構(gòu)的電子晶體,從而將這一新興材料帶入納米材料“陣營”。研究人員表示,合成層狀電子晶體導(dǎo)電性能甚至優(yōu)于石墨烯,有望用于研制透明導(dǎo)體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學(xué)催化劑等諸多領(lǐng)域。新研究發(fā)表在最新一期《美國化學(xué)會(huì)志》上。
電子晶體屬于由正負(fù)離子組成的離子化合物,但其負(fù)電“離子”完全由電子取代,這些電子質(zhì)量很小且不會(huì)呆在某個(gè)固定位置,而是到處游離,偶爾與其他電子交換位置,行為表現(xiàn)更像電子氣體。這種特性賦予電子晶體高度電子移動(dòng)和快速導(dǎo)電等性能。但科學(xué)家們通過理論推測認(rèn)為,2D電子晶體容易與空氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng),只能在真空中才能穩(wěn)定存在并保持其強(qiáng)導(dǎo)電性,因此很難在實(shí)驗(yàn)室合成。
在新研究中,北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校應(yīng)用物理和化學(xué)副教授斯科特?沃倫帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),用氮化二鈣分子合成出只有幾個(gè)納米薄的2D單層電子晶體,還利用液體剝離技術(shù)設(shè)法讓大量納米單層電子晶體懸浮在溶液中,其中一種溶劑甚至能讓氮化二鈣納米單層穩(wěn)定懸浮一個(gè)月之久仍能維持很好的電學(xué)特性。“我們克服了電子晶體從多層結(jié)構(gòu)過渡到單層結(jié)構(gòu)的技術(shù)難點(diǎn),證明在合適的化學(xué)環(huán)境下,2D電子晶體能長時(shí)間保持結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定。”沃倫解釋說。
沃倫團(tuán)隊(duì)還通過實(shí)驗(yàn)證明,新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性;透明度也很高,10納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達(dá)到97%;其表面結(jié)也達(dá)到現(xiàn)有電子晶體中最高值。研究人員表示,這些特性將導(dǎo)致新材料在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用,比如開發(fā)高透明性導(dǎo)電薄膜;沃倫還在與本田公司合作,用這類新材料研制高級電池。
沃倫表示,他們會(huì)繼續(xù)開發(fā)電子晶體的應(yīng)用潛力,并解決實(shí)用過程中的各種挑戰(zhàn),比如尋找合適涂層,讓電子晶體在空氣中也能保持穩(wěn)定。
總編輯圈點(diǎn)
電子晶體自帶特殊“光環(huán)”,如果能制備出二維片層材料,將具有金屬特性和光響應(yīng)性等諸多特點(diǎn)。2013年,日本科學(xué)家就預(yù)測氮化二鈣二維材料即將問世,不過一直沒能合成出來?,F(xiàn)今,這種帶著極高的透光率和極低的電阻的材料終于出現(xiàn),其既是物理學(xué)領(lǐng)域的卓越成就,也彰顯出了化學(xué)的力量。
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更多>2018-10-12