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二维量子片及其光学研究进展

2021-02-05陈哲学王卫彪

中国光学 2021年1期
关键词:化学

陈哲学,王卫彪,梁 程,张 勇

(1. 国家纳米科学中心 中国科学院纳米系统与多级次制造重点实验室中国科学院纳米科学卓越创新中心,北京 100190;2. 中国科学院大学,北京 100049)† 共同贡献作者

1 引 言

2004 年,Geim 和Novoselov 首次从石墨中(微)机械剥离出石墨烯(Graphene)[1],从而开辟了二维材料研究和应用的崭新时代。随后相继发现了六方氮化硼(h-BN)、过渡金属二硫族化合物(TMD),过渡金属碳/氮化物(MXene)等二维材料[2-4]。通过数据库搜索,人们能够找到800 多种本体层状材料,理论上可以从中剥离出稳定的单层结构[5]。二维材料特殊的结构赋予了它卓越的力学、热学、电学、磁学和光学性能,可作为优异的导热材料、耐高温材料、润滑材料、催化材料、储能材料、绝缘材料、防护材料、光电转换材料、可饱和吸收体等[3,6-13]。机械剥离、化学气相沉积(CVD)、外延生长、球磨、超声/液相剥离、插层、模板辅助合成、溶剂热/水热等[14-20]已广泛用于二维材料的制备。尽管制备方法种类繁多,不过始终面临着无法同时兼顾本征、普适和规模等方面的巨大难题。

在二维材料研究和应用过程中,一方面,人们致力于获得横向尺寸更大的高质量二维材料[16,21],以充分发挥二维材料的结构和性能优势。如Liu 等人[22]在铜箔上通过外延生长技术制备了100cm2的单晶六方氮化硼;另一方面,人们不断尝试减小二维材料的横向尺寸,以逐渐显露其量子限域和边缘效应。本课题组[23]近期开辟了一条普适性的路径,利用硅球辅助球磨结合超声辅助溶剂剥离获得了横向尺寸小于5 nm,厚度小于1 nm 的二维量子片(2D QSs)。……

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