迈进二维材料大门，请从这十篇综述开始

bububu 6年前 (2018-04-07) 28873浏览

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自2004年单层石墨烯被发现以来，以其为代表的各类二维原子晶体材料由于具有丰富多样的物理、化学性质，并且在电子器件、光电器件、催化和能源领域表现出广阔的应用前景而受到研究人员的广泛关注。近年来，针对二维纳米材料的研究犹如雨后春笋般层出不穷，更是呈现出百花齐放、百家争鸣的态势。本文将分为以下五个方面，每个方面介绍2-3篇经典文献，希望能够借此起到抛砖引玉的作用，带领读者走进二维材料的世界。

1.石墨烯等单元素二维材料

3 nm厚石墨烯及其器件

单层石墨烯的发现打破了二维晶体无法在有限温度下稳定存在的固有认知，其发现者Andre Geim与Konstantin Novoselov在2010年被授予诺贝尔物理学奖。二人于2004, 2005年发表的两篇文章中利用机械剥离法获得的二维石墨烯制备的电子器件在室温下具有极高的载流子迁移率，同时，他们还对其它二维材料进行了简要的介绍和总结[1-2]。可以说，这两篇文章是对于二维材料领域初学者的入门级文献。石墨烯优异的电学、光学、力学等性质也为其在凝聚态物理领域的研究提供了崭新的结构基础和材料基础。与其类似的以单元素构成的其它二维材料如硅烯、锗烯、硼烯、黑磷等也在近年来被陆续发现或合成，相信未来针对它们的研究必将为二维晶体材料开启新的篇章[3]。

2.六方氮化硼

六方氮化硼结构

六方氮化硼具有类石墨烯的原子结构，为能带~5 eV的宽带隙材料。[3]这篇文献对氮化硼纳米管和纳米片的结构、合成、性质和潜在应用进行了全面且详细的介绍。对于二维氮化硼，[4]文中对其具有极高的化学稳定性，优异的力学强度和高热导率分别进行了综述。独特的结构和性质使其在光电器件，功能化复合物，氢蓄电池等领域具有潜在应用。相信通过这篇文献的学习，可以使读者迅速地建立起对氮化硼系统且全面的认知。

3.过渡金属硫族化合物

MoS₂场效应晶体管

过渡金属硫族化合物是二维晶体材料家族中一个庞大的分支。这类材料又可分为以MoS₂为代表的半导体性材料和以TiSe₂为代表的金属性材料两类。半导体性材料多样化的能带结构及化学组成极大地弥补了石墨烯零能带间隙的不足，迅速成为微纳电子器件领域的新宠。而金属性材料由于具有超导或电荷密度波相转变行为也为凝聚态材料和物理领域注入了新鲜的血液[5]。Michael S. Strano等人于2012年对二维过渡金属硫族化合物的合成（包括自上而下的机械剥离法、液体剥离法，自下而上的化学气相沉积法等）、特殊的电子结构以及其在场效应器件、光电器件、柔性器件等领域的应用进行了系统的介绍和展望[6]。另一方面，Hua Zhang等人于2013年发表的综述则更加关注过渡金属硫族化合物在能量转换、能量存储等能源领域的潜在应用[7]。总之，读者朋友们若想走进二维过渡金属硫族化合物的世界，这两篇文献可以起到敲门砖的作用。

4.主族金属硫族化合物

主族金属硫族化合物结构与性质关联

在二维尺度下，主族金属硫族化合物主要为以SnSe为代表的第IV主族金属二价硫族化合物。这篇文献将主族金属硫族化合物的铁电、热电、超导、相变等相关性质进行了详细的归纳和总结，并对其在太阳能电池、相变存储器、红外探测器等方面有潜在的应用前景进行了展望[8]。相较于上述几种材料，主族金属硫族化合物的研究才刚刚起步，许多新颖的物理和化学性质仍停留在理论阶段，但相信随着研究的深入，研究人员会逐渐揭开这类材料神秘的面纱。

5.合金及异质结构

二维材料合金及能带调控

二维材料的合金化是调控其能带结构的有力手段。这篇综述全面地介绍了二维晶体合金的合成方法、表征手段、性能调控及其在场效应器件、光电器件和催化等领域的应用[9]。因此，相信二维晶体材料合金化将为二维材料的应用提供更多的可控性和可操作性，这篇文献也是读者了解二维合金的重要途径。另外，通过物理或化学方法，实现的二维晶体材料异质结构的构筑，为研究二维尺度下表面和界面结构、电荷传递和转移，甚至是复杂逻辑电路的构筑和集成提供了无限的机遇及可能[10]。这篇文献中作者所展现出的对二维异质结构精确调控堪称完美，对于想要了解二维异质结构的读者，这篇文献绝对不能错过。

综上，本文从五个方面将二维材料进行了归纳和介绍，希望对广大读者朋友们有所帮助。

参考文献

1.Novoselov, K. S.et al.Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306, 666-669 (2004).

2.Novoselov, K. S.et al.Two-dimensional atomic crystals. Proc. Natl. Acad. Sci., 102, 10451-10453 (2005).

3.Xu, M., Liang, T., Shi, M. & Chen, H. Graphene-like two-dimensional materials. Chem. Rev., 113,3766-3798 (2013).

4.Golberg, D. et al. Boron nitride nanotubes and nanosheets. ACS Nano, 4, 2979-2993 (2010).

5.Butler, S. Z.et al.Progress, Challenges, and Opportunities in Two-Dimensional Materials Beyond Graphene. ACS Nano, 7, 2898-2926 (2013).

6.Wang, Q. H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J. N. & Strano, M. S. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnol., 7,699-712 (2012).

7.Chhowalla, M.et al.The chemistry of two-dimensional layered transition metal dichalcogenide nanosheets. Nature Chem., 5, 263-275 (2013).

8.Kooi, B. J. & Noheda, B. Ferroelectric chalcogenides-materials at the edge. Science, 353,221-222 (2016).

9.Xie, L. M. Two-dimensional transition metal dichalcogenide alloys: preparation, characterization and applications. Nanoscale, 7,18392-18401 (2015).

10.Sahoo, P. K., Memaran, S., Xin, Y., Balicas, L. & Gutierrez, H. R. One-pot growth of two-dimensional lateral heterostructures via sequential edge-epitaxy. Nature, 553,63-67 (2018).