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纳米新材料导电性“秒杀”石墨烯

据物理学家组织网1月11日报道,美国研究人员首次合成出层状2D结构的电子晶体,从而将这一新兴材料带入纳米材料“阵营”。研究人员表示,合成层状电子晶体导电性能甚至优于石墨烯,有望用于研制透明导体、电池电极、电子发射装置以及化学催化剂等诸多领域。新研究发表在最新一期《美国化学会志》上。

电子晶体属于由正负离子组成的离子化合物,但其负电“离子”完全由电子取代,这些电子质量很小且不会呆在某个固定位置,而是到处游离,偶尔与其他电子交换位置,行为表现更像电子气体。这种特性赋予电子晶体高度电子移动和快速导电等性能。但科学家们通过理论推测认为,2D电子晶体容易与空气和水发生化学反应,只能在真空中才能稳定存在并保持其强导电性,因此很难在实验室合成。

在新研究中,北卡罗莱纳大学教堂山分校应用物理和化学副教授斯科特·沃伦带领团队,用氮化二钙分子合成出只有几个纳米薄的2D单层电子晶体,还利用液体剥离技术设法让大量纳米单层电子晶体悬浮在溶液中,其中一种溶剂甚至能让氮化二钙纳米单层稳定悬浮一个月之久仍能维持很好的电学特性。“我们克服了电子晶体从多层结构过渡到单层结构的技术难点,证明在合适的化学环境下,2D电子晶体能长时间保持结构和性能稳定。”沃伦解释说。

沃伦团队还通过实验证明,新2D纳米单层电子晶体具有与金属铝相当的导电性;透明度也很高,10纳米厚氮化二钙薄膜的透光率达到97%;其表面结也达到现有电子晶体中最高值。研究人员表示,这些特性将导致新材料在诸多领域的应用,比如开发高透明性导电薄膜;沃伦还在与本田公司合作,用这类新材料研制高级电池。

沃伦表示,他们会继续开发电子晶体的应用潜力,并解决实用过程中的各种挑战,比如寻找合适涂层,让电子晶体在空气中也能保持稳定。

总编辑圈点

电子晶体自带特殊“光环”,如果能制备出二维片层材料,将具有金属特性和光响应性等诸多特点。2013年,日本科学家就预测氮化二钙二维材料即将问世,不过一直没能合成出来。现今,这种带着极高的透光率和极低的电阻的材料终于出现,其既是物理学领域的卓越成就,也彰显出了化学的力量。(记者聂翠蓉)

责任编辑:王祎(EK012)

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