二維材料是一種具有原子厚度片狀結(jié)構(gòu)的材料。自2004年曼徹斯特大學(xué)通過(guò)機(jī)械剝離的方法從高取向的裂解石墨中獲得石墨烯后，以石墨烯為代表的二維材料在近二十年內(nèi)獲得了快速的發(fā)展。因其僅有幾個(gè)原子層的厚度、表面光滑無(wú)懸掛鍵、高比表面積和免疫短溝道效應(yīng)等特性而表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。在后摩爾時(shí)代，二維材料是實(shí)現(xiàn)我國(guó)芯片領(lǐng)域彎道超車的希望。如何實(shí)現(xiàn)大批量工業(yè)生產(chǎn)是當(dāng)前各國(guó)研究二維材料的熱點(diǎn)，接下來(lái)小編將為大家集中介紹一下近幾年的相關(guān)研究進(jìn)展。

（1）新型堆垛生長(zhǎng)二維材料范德華異質(zhì)結(jié)

二維范德華異質(zhì)結(jié)是由兩種或多種二維材料通過(guò)范德華力堆疊而成的復(fù)合材料，它們不受限于晶格匹配度，可以靈活的將多種材料組裝在一起，從而產(chǎn)生奇特的物理性質(zhì)，這一特性，使得當(dāng)前二維材料的研究熱點(diǎn)集結(jié)于此。

新型堆垛生長(zhǎng)二維材料范德華異質(zhì)結(jié)是以較高溫度穩(wěn)定性的二維材料為底層材料，在其上制備穩(wěn)定溫度稍低的二維材料，從而實(shí)現(xiàn)逐層堆疊生長(zhǎng)vdWH。這種方法制備出來(lái)的vdWSH薄膜的相鄰層之間并不會(huì)因此而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二維材料的超導(dǎo)特性也可以完整的被保留下來(lái)；對(duì)生長(zhǎng)基體不存在依賴性。通過(guò)這種方式成功實(shí)現(xiàn)了27種二組元、15種三組元、5種四組元、3種五組元二維材料范德華異質(zhì)結(jié)，每種組元中的二維材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且層數(shù)可控，組元層間具有干凈且平整的界面。這些二維材料范德華異質(zhì)結(jié)可以觀察到超導(dǎo)近鄰效應(yīng)，以及實(shí)現(xiàn)PN結(jié)整流和超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)等功能。為二維材料在規(guī)模化功能器件方面的應(yīng)用奠定了材料制備的基礎(chǔ)。

二維范德華異質(zhì)結(jié)

（2）插層剝離技術(shù)

離子或小分子通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)的方法插入層狀材料的層空間，使層狀材料出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象，此時(shí)層間的范德華力會(huì)被削弱，便于之后原子層的分離；再將插層后的層狀材料進(jìn)行水浴超聲或機(jī)械攪拌，以達(dá)到分離原子層，形成剝離納米片的懸浮液；對(duì)得到的懸浮液進(jìn)行梯級(jí)離心處理，達(dá)到凈化最終產(chǎn)品的目的。在離心過(guò)程中是包括一個(gè)低速離心處理及多個(gè)高速離心處理的步驟，低速離心可以去除較大的顆粒或未剝離的塊體，高速離心是為了去除殘余的插層劑或溶劑。通過(guò)這種方法已經(jīng)成功制得hBN、黑磷、MoS₂等二維材料。該方法可以有效避免插層剝離過(guò)程中晶格缺陷得引入，避免晶相的改變，為制備超大橫向尺寸（10-100微米）的原子薄片提供了可能。

（3）自冷凝輔助CVD生長(zhǎng)技術(shù)

金屬有機(jī)骨架材料是一種具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型結(jié)晶多孔材料，其可以應(yīng)用于超導(dǎo)體、微型超級(jí)電容器、紗布、凈水等領(lǐng)域。在以往我們僅能制備出MOF薄膜，現(xiàn)在可以利用自冷凝輔助CVD技術(shù)實(shí)現(xiàn)大尺寸MOF晶體的制備。

通過(guò)在CVD流程中設(shè)計(jì)陡峭的溫度梯度，引入配體自冷凝產(chǎn)生液滴的策略，構(gòu)建了臨時(shí)的液體生長(zhǎng)環(huán)境。該液體生長(zhǎng)環(huán)境提升了前驅(qū)體分子的自由程和配位鍵的可逆性，實(shí)現(xiàn)了二維晶粒的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)，從而獲得了數(shù)十微米尺寸的MOF單層單晶。

這種方式相較以往的CVD工藝，步驟更加簡(jiǎn)單；單晶的清潔程度以及結(jié)晶度會(huì)更好；自冷凝液體在整個(gè)過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用，它作為緩沖層，既可以使前驅(qū)體分子均勻的分布在液體中，又減少了液體內(nèi)外對(duì)晶體成核和生長(zhǎng)的干擾，促進(jìn)了大尺寸、高質(zhì)量單層MOF單晶的制備。

工藝流程圖

總結(jié)

二維材料領(lǐng)域發(fā)展至今，讓人們不斷的看到它極大的應(yīng)用前景，然而，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，如何制備出高質(zhì)量、高純度、高穩(wěn)定性的二維材料都是我們當(dāng)下需要思考的問(wèn)題！

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