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        納米新材料導電性“秒殺”石墨烯


        來源:科技日報

        [導讀]  美國研究人員首次合成出層狀2D結構的電子晶體,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電性能甚至優(yōu)于石墨烯,有望用于研制透明導體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學催化劑等諸多領域。

        中國粉體網(wǎng)訊  據(jù)物理學家組織網(wǎng)1月11日報道,美國研究人員首次合成出層狀2D結構的電子晶體,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電性能甚至優(yōu)于石墨烯,有望用于研制透明導體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學催化劑等諸多領域。新研究發(fā)表在最新一期《美國化學會志》上。


        電子晶體屬于由正負離子組成的離子化合物,但其負電“離子”完全由電子取代,這些電子質量很小且不會呆在某個固定位置,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和快速導電等性能。但科學家們通過理論推測認為,2D電子晶體容易與空氣和水發(fā)生化學反應,只能在真空中才能穩(wěn)定存在并保持其強導電性,因此很難在實驗室合成。


        在新研究中,北卡羅萊納大學教堂山分校應用物理和化學副教授斯科特·沃倫帶領團隊,用氮化二鈣分子合成出只有幾個納米薄的2D單層電子晶體,還利用液體剝離技術設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)定懸浮一個月之久仍能維持很好的電學特性。“我們克服了電子晶體從多層結構過渡到單層結構的技術難點,證明在合適的化學環(huán)境下,2D電子晶體能長時間保持結構和性能穩(wěn)定!蔽謧惤忉屨f。


        沃倫團隊還通過實驗證明,新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當?shù)膶щ娦;透明度也很高?0納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達到97%;其表面結也達到現(xiàn)有電子晶體中最高值。研究人員表示,這些特性將導致新材料在諸多領域的應用,比如開發(fā)高透明性導電薄膜;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,他們會繼續(xù)開發(fā)電子晶體的應用潛力,并解決實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。


        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性等諸多特點。2013年,日本科學家就預測氮化二鈣二維材料即將問世,不過一直沒能合成出來。現(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),其既是物理學領域的卓越成就,也彰顯出了化學的力量。


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