據(jù)物理學(xué)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(jié)構(gòu)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(dǎo)電性能甚至優(yōu)于石墨烯，有望用于研制透明導(dǎo)體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學(xué)催化劑等諸多領(lǐng)域。新研究發(fā)表在最新一期《美國化學(xué)會志》上。

    電子晶體屬于由正負(fù)離子組成的離子化合物，但其負(fù)電“離子”完全由電子取代，這些電子質(zhì)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(dǎo)電等性能。但科學(xué)家們通過理論推測認(rèn)為，2D電子晶體容易與空氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能在真空中才能穩(wěn)定存在并保持其強導(dǎo)電性，因此很難在實驗室合成。

    在新研究中，北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校應(yīng)用物理和化學(xué)副教授斯科特?沃倫帶領(lǐng)團(tuán)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(shù)設(shè)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(xué)特性。“我們克服了電子晶體從多層結(jié)構(gòu)過渡到單層結(jié)構(gòu)的技術(shù)難點，證明在合適的化學(xué)環(huán)境下，2D電子晶體能長時間保持結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定。”沃倫解釋說。

    沃倫團(tuán)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(dāng)?shù)膶?dǎo)電性；透明度也很高，10納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達(dá)到97%；其表面結(jié)也達(dá)到現(xiàn)有電子晶體中最高值。研究人員表示，這些特性將導(dǎo)致新材料在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，比如開發(fā)高透明性導(dǎo)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(yīng)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。

總編輯圈點

    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(yīng)性等諸多特點。2013年，日本科學(xué)家就預(yù)測氮化二鈣二維材料即將問世，不過一直沒能合成出來?，F(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(xué)領(lǐng)域的卓越成就，也彰顯出了化學(xué)的力量。