超越石墨烯 二維材料新潛力正在開啟

編譯/高晟鈞

瑞典林雪平大學的研究人員開發了一種新方法,可以合成數百種新型二維材料,這些材料只有幾個原子厚,並表現出獨特的性能,可用於能源儲存和水淨化等各種應用。這項進步是基於實驗室驗證的理論模型,擴大了在已知的 MXene 系列之外,製造更多二維材料的潛力,為多樣化的技術應用鋪平了道路。

瑞典林雪平大學的研究人員開發了一種新方法,可以合成數百種新型二維材料。圖取自 ScitechDaily

二維材料

自從石墨烯被發現以來,極薄材料(即所謂的二維材料)的研究領域呈指數級增長。原因是二維材料相對於其體積或重量具有較大的表面積,誕生出一系列獨特的性能與物理現象,例如:良好的導電性、高機械強度、優秀耐熱性等,使得二維材料在基礎研究和應用中都備受關注。

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在厚度只有一毫米的薄膜中,可以有數百萬層材料。層與層之間可能會發生大量化學反應,因此,二維材料也可用於能量儲存或生成燃料等。

MXene

最大的2D材料家族稱為MXene,,由稱為MAX相的三維母體材料創建。MAX代表三種不同的元素組成:M是過渡金屬,A是(A族)元素,X是碳或氮,當使用酸來將A元素剝離後,便可以得到二維材料。到目前為止,MXenes 是唯一以這種方式創建的材質系列。

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研究人員引入了一種理論方法來預測其他可能適合轉換為二維材料的三維材料,並利用超級電腦進行大規模計算,從6萬多種材料中識別出119種有前途的3D材料。在119種可能的材料中,決定那些材料具有穩定的化學特性非常重要。對此,研究人員需要先合成3D材料,而這本身就是一大挑戰。

最後,研究人員成功使用氫氟酸剝離並蝕刻掉釔原子層,成功得到了二維材料──Ru2SixOy。在透過電子顯微鏡對新材料進行檢查與結構驗證後,研究人員確定材料由正確的原子組成,並且具有相當高的品質。

這項研究也意味著更多具有獨特性能的二維材料已經觸手可及,有望為大量的技術應用奠定基礎。研究人員的下一步是探索更多潛在的前驅材料,並擴大實驗規模,試圖更進一步探索廣無邊境的材料宇宙。

資料來源:ScitechDaily

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