1+1+1>3，二维材料留不住，复合材料展宏图

材料牛注：小学生都知道，数学式子1+1+1=3，但在材料科学中，这个式子就不成立了。美国科学家们，另辟蹊径将三种性质普通的二维材料氮化硼、石墨烯、二硫化钽结合起来，组成了新类型的复合材料，从而展示了极其优异的电通断性能。下面就跟着科学家们来探索此次研究的奥秘吧！

研究人员已经发现，不同的二维材料之间进行有效的结合，可以形成性能优异的复合材料，它将具有组成它的单一二维材料所不具备的性能。比如，六方氮化硼由于带隙较宽，从而表现出伪绝缘体的特性，但当它与如石墨烯等的纯导体结合即可形成半导体材料，应用领域广泛，尤其是在柔性电子材料领域起着重要的作用。

目前，加州大学河滨分校和乔治亚大学联合成立的科研团队将上述做法进一步改善，即在氮化硼和石墨烯中加入第三种二维材料二硫化钽。由这三种二维材料形成的复合材料被研究人员应用于压控振荡器(VCO)中，再借助VCO的普遍应用，继而应用在时钟、收音机和电脑等器件上。

根据Nature Nanotechnology发表的一项研究显示，研究人员首次制作了一个实用的装置，它可以利用通过二维材料的电荷密度波来调节电流。电荷密度波是在线性链状化合物或层状晶体中的一个有序的电子阵列。研究人员制造的压控振荡器VCO器件作为超低功耗的选择，可以替代现阶段硅基材料的一些常规设备。而且由于VCO的灵活性，它甚至可应用于可穿戴设备。 “虽然目前来说依旧很难和硅材料设备竞争，毕竟硅材料设备在过去的50年间已经被使用非常成熟，改进非常完善了，但是我们相信三种不同的二维材料独特整合而成的新器件，将充分有效利用原材料的固有特性。”研究团队的领头人，加州大学河滨分校伯恩斯工程学院的Alexander Balandin教授，在新闻稿中如是说道，“该设备由于其低功耗特性，有望在众多领域的应用上成为传统硅技术的替代者。”

研究人员将二硫化钽添加到石墨烯和氮化硼中，产生了一种石墨烯所不具备的通断开关特性。在他们的研究中，科学家们已证明了电压的变化引起二硫化钽的原子结构发生变化，使该器件能够在室温下作为一个电器开关使用。Balandin教授说道：“目前有许多的电荷密度波材料都具有有趣的电开关特性。但是其中大多数性只有在低温下才能使用。我们使用特定多型的二硫化钽，使得材料在室温以上会发生电阻突变。这是一个关键性的区别。”在最终做成的器件中，氮化硼作为二硫化钽的涂层来使用以防止其氧化。同时，石墨烯作为集成可调谐负载电阻器来使用，它可以控制电流和VCO频率的电压。

科研人员开发的第一个原件在无线电中使用的频率就达到了兆赫兹(MHz)。另外，由于是在极速的物理过程中进行器件的表征，它运行时的频率有望达到太赫兹(THz)。

参考原文链接：Compound 2-D Material Leads to a Practical Electronic Device

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