自2010年石墨烯獲得諾貝爾物理學(xué)獎以來(lái),科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界對石墨烯就開(kāi)始狂熱的追逐。和石墨的不同之處在于:石墨烯僅有一個(gè)碳原子層厚度,并表現出超優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)等性能。在追逐石墨烯的同時(shí),一大批類(lèi)石墨烯的二維材料也被相繼發(fā)現,從元素周期表來(lái)看,組成這些二維材料元素主要包括:過(guò)渡金屬、碳族元素、硫族元素以及其他。這些納米厚度的二維材料和石墨烯一樣,具有和體相材料截然不同的新性能.
圖1. 各種二維材料及其結構
近有一個(gè)大新聞:在2018年的后一個(gè)工作日,由泰州巨納新能源有限公司作為單位牽頭起草的我國shou個(gè)石墨烯國家標準GB/T 30544.13-2018: 《納米科技 術(shù)語(yǔ) 第13部分:石墨烯及相關(guān)二維材料》正式發(fā)布了。然而,大家可能沒(méi)意識到,這個(gè)標準也是二維材料領(lǐng)域的個(gè)國家標準。因為這個(gè)標準不僅定義了石墨烯,同時(shí)還定義了二維材料等重要術(shù)語(yǔ),因此對整個(gè)新型二維材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有非常重要的意義。
那么,什么是二維材料?
根據國家標準的定義,由一層或幾層構成,其中每一層內的原子與所在層內的鄰近原子緊密成鍵結合,有一個(gè)維度(即其厚度)處于納米或更小尺度,其余兩個(gè)維度通常處于更大尺度的材料,稱(chēng)為二維材料。
為了更好地方便大家理解這個(gè)定義,國家標準對此進(jìn)行了詳細地備注說(shuō)明:
1:區分二維材料及體材料的臨界層數與被測材料及其性質(zhì)相關(guān)。對于石墨烯層的數量,從電學(xué)測試而言,當其厚度小于或等于10層時(shí)是二維材料,當其厚度大于10層時(shí)已與體材料,亦即石墨,無(wú)明顯區別。
2:層間結合明顯不同并弱于層內結合。
3:每層可包含多種元素。
4:二維材料可以是納米片。
二維材料究竟有什么優(yōu)異性能?
單層二維材料的表面原子幾乎*裸露,相比于體相材料,原子利用率大大提高。通過(guò)厚度控制和元素摻雜,就可以更加容易地調控能帶結構和電學(xué)特性,譬如硅烯(silicene)和磷烯(phosphorene)。二維材料可以是導體、半導體,也可以是絕緣體;可以是化學(xué)惰性,也可以隨時(shí)進(jìn)行表面化學(xué)修飾。概括起來(lái),主要有以下3個(gè)優(yōu)勢:
1)更利于化學(xué)修飾,可以調控催化和電學(xué)性能。
2)更利于電子傳遞,有利于電子器件性能的提升。
3)柔性和透明度高,在可穿戴智能器件、柔性?xún)δ芷骷阮I(lǐng)域前景誘人。
類(lèi)石墨烯的五大二維材料家族
Yury Gogotsi說(shuō):“一個(gè)50歲的科學(xué)家在實(shí)驗室玩新玩具和一個(gè)5歲小孩在家里玩新玩具的樂(lè )趣沒(méi)什么不一樣,二維材料就是我的新玩具!”在石墨烯之外,貪玩的科學(xué)家發(fā)現了類(lèi)石墨烯的五大二維材料家族,分別是:MXenes、Xenes、Organicmaterials、TMD(過(guò)渡金屬二硫族化物)以及Nitrides(氮化物)。這些材料涉及學(xué)科跨度大、范疇廣、種類(lèi)多,一直以來(lái)呈現多點(diǎn)開(kāi)花、新現象、新應用頻出的創(chuàng )新態(tài)勢。二維材料是當下前沿的科研應用領(lǐng)域之一,涵蓋了印刷電子、柔性電子、超級電容、太陽(yáng)能電池、量子點(diǎn)、傳感器、半導體制造等,具有十分優(yōu)異的機械、熱學(xué)、光學(xué)特性,是多領(lǐng)域實(shí)現顛覆式創(chuàng )新的基礎。
圖2. 二維材料的五大家族
我國shou個(gè)石墨烯和二維材料國家標準主要由泰州巨納新能源有限公司、東南大學(xué)等單位起草。泰州巨納新能源有限公司于2010年成立,是國內早從事石墨烯研究、檢測、應用、標準化工作的公司之一。2013年組織召開(kāi)了*屆石墨烯標準化論壇。2014年起牽頭起草我國*四項石墨烯國家標準計劃項目中的兩項。2014年5月,正式承擔江蘇省戰略性新興產(chǎn)業(yè)標準化試點(diǎn)工作并于2016年通過(guò)驗收。2014年被科技部認定為國家火炬計劃平臺。2015年建立了低維材料在線(xiàn)商城,目前已給近萬(wàn)家科研界及工業(yè)界客戶(hù)提供了高質(zhì)量的零維、一維、二維材料。2016年12月,經(jīng)國家標準委和中國科學(xué)院批準,承擔全國納米技術(shù)標準化技術(shù)委員會(huì )低維納米結構與性能工作組(編號為SAC/TC279/WG9)秘書(shū)處,負責協(xié)調和組織全國低維納米材料的標準化工作。2016年底,承擔中國石墨烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟標準工作委員會(huì )秘書(shū)處。2018年10月成功組織舉辦首屆低維材料應用與標準研討會(huì )(LDMAS2018)。
聯(lián)系我們
上海巨納科技有限公司 公司地址:上海市虹口區寶山路778號海倫國際大廈5樓 技術(shù)支持:化工儀器網(wǎng)掃一掃 更多精彩
微信二維碼
網(wǎng)站二維碼
微信掃一掃