二维材料

二维材料TWODIMENSIONALMATERIAL简介六大家族忆阻器简介•定义：结构有序、在二维平面生长、第三维度超薄简介（1）多薄才算超薄？•按照石墨烯的定义，石墨烯是单原子层。而实际上单原子层在某些应用上的性能并不是最好的，有时候2-3层或者5层左右的多层石墨烯具有最佳性能。因此，大多数科学家对二维材料的厚度并没有严格规定，更重要的还是以和体相材料的性能区别来定义。（2）是否需要是独立的材料？•目前发现的二维材料家族中，有一些是freestanding，还有一些仅仅停留在基底表面，这些也被称作二维材料。但是，没有从基底表面剥离下来的二维材料是难以进一步应用的。•二维材料并不是从数学上来定义，而是从物理和化学的角度来定义。也就是说，以性能定义。简介•起源：二维材料是伴随着2004年曼切斯特大学Geim小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯（graphene）而提出的。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。•特色：单层二维材料的表面原子几乎完全裸露，相比于体相材料，原子利用率大大提高。通过厚度控制和元素掺杂，就可以更加容易地调控能带结构和电学特性，譬如硅烯和磷烯。概括下有以下3个优势：•①更利于化学修饰，可以调控催化和电学性能。•②更利于电子传递，有利于电子器件性能的提升。•③柔性和透明度高，在可穿戴智能器件、柔性储能等领域前景诱人。六大家族•分别为：石墨烯、超薄碳化物或氮化物二维材料（Mxenes）、单原子层单质二维材料（Xenes）、有机二维材料（Organicmaterials）、过渡金属二硫族化物（TMD）、氮化物（Nitrides）六大家族•超薄碳化物或氮化物二维材料（MXenes）•2011年美国科学家在寻找高性能锂离子电池负极材料时，意外发现一种高导电性能的氮化物和碳化物，称之为MAX（M表示过渡金属、A表示主族元素，譬如Al或Si、X表示C或N）。MXenes材料制备策略六大家族•为了进一步提高锂离子电池的性能，他们用HF将Ti3AlC2和其他MAX材料进行剥离，得到二维类石墨烯的超薄Ti3AlC2，以及Ti2C,Ta4C3,(Ti0.5Nb0.5)2C,(V0.5Cr0.5)3C2,Ti3CN等一系列材料，约30种之多。六大家族•单原子层单质二维材料（Xenes）•C邻近的B,Si,P,Ge,Sn等元素的单原子层二维材料相继被开发出来，这一系列材料被命名为Xenes。其中，X代表元素，ene是来源于graphene，表示烯。硅烯制备六大家族•有机二维材料（Organicmaterials）•这类二维材料主要以二维MOF或COF材料为主。通过超声或离子交换等技术使层间作用力较弱的金属有机多孔材料或共价有机框架结构分离瘦身，得到超薄二维片层结构有机材料。二维MOF构建OER电催化剂六大家族•过渡金属二硫族化物（TMD）•以MoS2和WS2为代表的TMDs在电子器件应用领域发展飞速，可能首先作为关键电路元器件使用。目前最大的问题在于：薄膜的批量化制备技术不成熟。•2015年，美国科学家发明了一种化学气相沉积方法，适用于三个原子层厚度的超薄MoS2和WS2的制备，最大面积可达65cm2。忆阻器•1971年，美国科学家蔡少棠从逻辑和公理的观点指出，自然界应该还存在一个电路元件，它表示磁通与电荷的关系。•2008年，惠普公司的研究人员首次做出纳米忆阻器件，掀起忆阻研究热潮。•2018年4月复旦大学微电子学院教授张卫、周鹏带领的团队研发了一种新的二维非易失性存储芯片。