stringtranslate.com

Однослойные материалы

В материаловедении термин однослойные материалы или 2D-материалы относится к кристаллическим твердым телам, состоящим из одного слоя атомов. Эти материалы перспективны для некоторых приложений, но остаются в центре внимания исследований. Однослойные материалы, полученные из отдельных элементов, обычно имеют суффикс -ен в своих названиях, например, графен . Однослойные материалы, которые являются соединениями двух или более элементов, имеют суффиксы -ан или -ид. 2D-материалы, как правило, можно отнести либо к 2D-аллотропам различных элементов, либо к соединениям (состоящим из двух или более ковалентно связанных элементов).

Прогнозируется, что существуют сотни стабильных однослойных материалов. [1] [2] Атомная структура и рассчитанные основные свойства этих и многих других потенциально синтезируемых однослойных материалов могут быть найдены в вычислительных базах данных. [3] Двумерные материалы могут быть получены с использованием в основном двух подходов: нисходящего отслоения и восходящего синтеза. Методы отслоения включают ультразвуковую обработку, механическую, гидротермальную, электрохимическую, лазерную и микроволновую отслоения. [4]

Отдельные материалы элементов

C: графен и графин

Графен
Графен представляет собой сотовую решетку атомов углерода атомного масштаба .

Графен — это кристаллический аллотроп углерода в форме почти прозрачного (для видимого света) листа толщиной в один атом. Он в сотни раз прочнее большинства сталей по весу. [5] Он обладает самой высокой известной тепло- и электропроводностью, показывая плотность тока в 1 000 000 раз больше, чем у меди . [6] Впервые он был произведен в 2004 году. [7]

Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике 2010 года «за новаторские эксперименты, касающиеся двумерного материала графена». Сначала они создали его, отделив графеновые чешуйки от объемного графита с помощью клейкой ленты , а затем перенеся их на кремниевую пластину. [8]

Графин

Графин — еще один двумерный аллотроп углерода, структура которого похожа на структуру графена. Его можно рассматривать как решетку бензольных колец, соединенных ацетиленовыми связями. В зависимости от содержания ацетиленовых групп графин можно считать смешанной гибридизацией , sp n , где 1 < n < 2, [9] [10] по сравнению с графеном (чистый sp 2 ) и алмазом (чистый sp 3 ).

Расчеты из первых принципов с использованием кривых дисперсии фононов и конечной температуры ab-initio , моделирование квантово-механической молекулярной динамики показали, что графин и его аналоги нитрида бора являются стабильными. [11]

Существование графина предполагалось до 1960 года. [12] В 2010 году графиин (графин с диацетиленовыми группами) был синтезирован на медных подложках. [13] В 2022 году группа заявила, что успешно использовала метатезис алкинов для синтеза графина, хотя это утверждение оспаривается. [14] [15] Позже, в 2022 году, синтез многослойного γ-графина был успешно выполнен путем полимеризации 1,3,5-трибром-2,4,6-триэтинилбензола в условиях сопряжения Соногаширы . [16] [17] Недавно было заявлено, что он является конкурентом графена из-за потенциала конусов Дирака , зависящих от направления . [18] [19]

B: борофен

А Б
36кластер можно рассматривать как наименьший борофен; вид спереди и сбоку

Борофен — это кристаллический атомный монослой бора , также известный как лист бора . Впервые предсказанный теорией в середине 1990-х годов в отдельном состоянии, [20] а затем продемонстрированный в виде отдельных моноатомных слоев на подложках Чжаном и др. [21] , различные структуры борофена были экспериментально подтверждены в 2015 году. [22] [23]

Ge: германен

Германен — двумерный аллотроп германия с изогнутой сотовой структурой. [24] Экспериментально синтезированный германен демонстрирует сотовую структуру. [25] [26] Эта сотовая структура состоит из двух гексагональных подрешеток, которые смещены по вертикали на 0,2 А друг относительно друга. [27]

Si: силицен

СТМ- изображение первого ( 4×4 ) и второго слоев ( √ 3 × √ 3 - β ) силицена, выращенного на тонкой серебряной пленке. Размер изображения 16×16 нм.

Силицен — это двумерный аллотроп кремния с гексагональной сотовой структурой, похожей на структуру графена. [28] [29] [30] Его рост поддерживается проникающим поверхностным сплавом Si/Ag(111) под двумерным слоем. [31]

Sn: станен

Изображение решетки чешуйки станена, средняя вставка показывает большую площадь электронного микроснимка образца. Правая вставка представляет собой картину дифракции электронов, подтверждающую гексагональную структуру.

Станен — это прогнозируемый топологический изолятор , который может демонстрировать бездиссипативные токи на своих краях вблизи комнатной температуры . Он состоит из атомов олова, расположенных в один слой, подобно графену. [32] Его изогнутая структура приводит к высокой реакционной способности по отношению к обычным загрязнителям воздуха, таким как NO x и CO x, и он способен улавливать и диссоциировать их при низкой температуре. [33] Определение структуры станена с использованием низкоэнергетической электронной дифракции показало сверхплоский станен на поверхности Cu(111). [34]

Pb: плюмбен

Плюмбен — двумерный аллотроп свинца с гексагональной сотовой структурой, похожей на структуру графена. [35]

P: фосфорен

Структура фосфорена: (a) наклонный вид, (b) вид сбоку, (c) вид сверху. Красные (синие) шарики представляют атомы фосфора в нижнем (верхнем) слое.

Фосфорен — это двумерный кристаллический аллотроп фосфора . Его моноатомная гексагональная структура делает его концептуально похожим на графен. Однако фосфорен имеет существенно иные электронные свойства; в частности, он обладает ненулевой запрещенной зоной, демонстрируя при этом высокую подвижность электронов. [36] Это свойство потенциально делает его лучшим полупроводником, чем графен. [37] Синтез фосфорена в основном состоит из методов микромеханического расщепления или жидкофазного расслоения. Первый имеет низкий выход, в то время как последний производит свободно стоящие нанолисты в растворителе, а не на твердой подложке. Подходы «снизу вверх», такие как химическое осаждение из паровой фазы (CVD), все еще остаются пустыми из-за его высокой реакционной способности. Поэтому в текущем сценарии наиболее эффективный метод изготовления тонких пленок фосфорена большой площади состоит из методов мокрой сборки, таких как метод Ленгмюра-Блоджетт, включающих сборку с последующим осаждением нанолистов на твердые подложки. [38]

Sb: антимонен

Антимонен — двумерный аллотроп сурьмы , атомы которого расположены в изогнутой сотовой решетке. Теоретические расчеты [39] предсказали, что антимонен будет стабильным полупроводником в условиях окружающей среды с подходящими характеристиками для (опто)электроники. Антимонен был впервые выделен в 2016 году путем микромеханического расслоения [40] , и было обнаружено, что он очень стабилен в условиях окружающей среды. Его свойства также делают его хорошим кандидатом для биомедицинских и энергетических применений. [41]

В исследовании, проведенном в 2018 году [42] , модифицированные антимоненом экранированные электроды (SPE) были подвергнуты гальваностатическому зарядно-разрядному тесту с использованием двухэлектродного подхода для характеристики их суперемкостных свойств. Лучшая наблюдаемая конфигурация, которая содержала 36 нанограмм антимонена в SPE, показала удельную емкость 1578 Ф г −1 при токе 14 А г −1 . Более 10 000 этих гальваностатических циклов значения сохранения емкости первоначально падают до 65% после первых 800 циклов, но затем остаются между 65% и 63% в течение оставшихся 9200 циклов. Система 36 нг антимонена/SPE также показала плотность энергии 20 мВт ч кг −1 и плотность мощности 4,8 кВт кг −1 . Эти суперемкостные свойства указывают на то, что антимонен является перспективным электродным материалом для суперконденсаторных систем. Более позднее исследование [43] , касающееся модифицированных антимоненом SPE, показывает присущую антимоненовым слоям способность образовывать электрохимически пассивированные слои для облегчения электроаналитических измерений в кислородсодержащих средах, в которых присутствие растворенного кислорода обычно затрудняет аналитическую процедуру. В том же исследовании также описывается in-situ производство нанокомпозитов оксида антимонена/PEDOT:PSS в качестве электрокаталитических платформ для определения нитроароматических соединений.

Bi: висмутен

Висмутен, двумерный (2D) аллотроп висмута , был предсказан как топологический изолятор. Было предсказано, что висмутен сохраняет свою топологическую фазу при выращивании на карбиде кремния в 2015 году. [44] Предсказание было успешно реализовано и синтезировано в 2016 году. [45] На первый взгляд система похожа на графен, поскольку атомы Bi располагаются в сотовой решетке. Однако ширина запрещенной зоны достигает 800 мВ из-за большого спин-орбитального взаимодействия (связи) атомов Bi и их взаимодействия с подложкой. Таким образом, становятся доступными приложения квантового спинового эффекта Холла при комнатной температуре . Сообщается, что он является самым большим нетривиальным запрещенной зоной 2D топологическим изолятором в своем естественном состоянии. [46] [47] Расслоение висмутена сверху вниз было описано в различных случаях [48] [49] с недавними работами, способствующими внедрению висмутена в область электрохимического зондирования. [50] [51] Эмдадул и др. [52] предсказали механическую прочность и фононную теплопроводность монослоя β-висмутена с помощью анализа в атомном масштабе. Полученная прочность на разрыв при комнатной температуре (300 К) составляет ~4,21 Н/м вдоль направления «кресло» и ~4,22 Н/м вдоль направления «зигзаг». Сообщается, что при 300 К его модули Юнга составляют ~26,1 Н/м и ~25,5 Н/м соответственно вдоль направлений «кресло» и «зигзаг». Кроме того, их прогнозируемая фононная теплопроводность ~1,3 Вт/м∙К при 300 К значительно ниже, чем у других аналогичных двумерных сот, что делает их перспективным материалом для термоэлектрических операций.

Au: золотистый

16 апреля 2024 года ученые из Университета Линчёпинга в Швеции сообщили, что им удалось создать goldene , один слой атомов золота шириной 100 нм. Ларс Хултман , ученый-материаловед из команды, стоящей за новым исследованием, заявил: «Мы утверждаем, что goldene является первым отдельно стоящим 2D-металлом, насколько нам известно», что означает, что он не прикреплен ни к какому другому материалу, в отличие от плюмбена и станена . Исследователи из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби (NYUAD) ранее сообщали о синтезе Goldene в 2022 году, однако другие ученые утверждали, что команде NYUAD не удалось доказать, что они создали однослойный лист золота, а не многослойный. Ожидается, что Goldene будет использоваться в первую очередь из-за его оптических свойств, в таких приложениях, как зондирование или в качестве катализатора . [53]

Металлы

3D АСМ-топографическое изображение многослойного палладиевого нанолиста. [54]

Были продемонстрированы одноатомные и двухатомные слои платины в двумерной геометрии пленки. [55] [56] Эти атомарно тонкие платиновые пленки эпитаксиально выращиваются на графене, [55] что создает сжимающую деформацию, которая изменяет поверхностную химию платины, а также позволяет переносить заряд через графен. [56] Одноатомные слои палладия толщиной до 2,6 Å [54] и родия толщиной менее 4 Å [57] были синтезированы и охарактеризованы с помощью атомно-силовой микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии.

Двумерный титан, сформированный методом аддитивного производства ( лазерное спекание порошка ), достиг большей прочности, чем любой известный материал (на 50% больше, чем у магниевого сплава WE54). Материал был организован в трубчатую решетку с тонкой полосой, проходящей внутри, объединяющей две взаимодополняющие решетчатые структуры. Это уменьшило вдвое напряжение в самых слабых точках структуры. [58]

2D сплавы

Двумерные сплавы (или поверхностные сплавы) представляют собой один атомный слой сплава, который несоизмерим с подложкой. Одним из примеров являются 2D-упорядоченные сплавы Pb с Sn и с Bi. [59] [60] Было обнаружено, что поверхностные сплавы создают каркасы для двумерных слоев, как в случае с силиценом . [31]

2D супракристаллы

Супракристаллы 2D-материалов были предложены и теоретически смоделированы. [61] [62] Эти монослойные кристаллы построены из супраатомных периодических структур, где атомы в узлах решетки заменены симметричными комплексами. Например, в гексагональной структуре графена узоры из 4 или 6 атомов углерода будут расположены гексагонально вместо отдельных атомов, как повторяющийся узел в элементарной ячейке .

Соединения

Два попеременно уложенных слоя гексагонального нитрида бора

Монослои дихалькогенидов переходных металлов

Наиболее часто изучаемый двумерный дихалькогенид переходного металла (TMD) представляет собой монослойный дисульфид молибдена (MoS2 ) . Известно несколько фаз, в частности фазы 1T и 2H. Соглашение о наименовании отражает структуру: фаза 1T имеет один «лист» (состоящий из слоя S-Mo-S; см. рисунок) на элементарную ячейку в тригональной кристаллической системе, в то время как фаза 2H имеет два листа на элементарную ячейку в гексагональной кристаллической системе. Фаза 2H более распространена, поскольку фаза 1T является метастабильной и спонтанно возвращается в 2H без стабилизации дополнительными донорами электронов (обычно поверхностными вакансиями S). [66]

Структуры фаз 1T и 2H дисульфида молибдена (MoS 2 ), как видно по оси b. Для каждой фазы показаны два слоя, чтобы проиллюстрировать ковалентную связь, которая присутствует только внутри листов.

Фаза 2H MoS 2 ( символ Пирсона hP6; обозначение Strukturbericht C7) имеет пространственную группу P6 3 /mmc. Каждый слой содержит Mo, окруженный S в тригонально-призматической координации. [67] Наоборот, фаза 1T (символ Пирсона hP3) имеет пространственную группу P-3m1 и октаэдрически координированный Mo; при этом элементарная ячейка 1T содержит только один слой, а параметр c ячейки немного меньше половины параметра ячейки 2H (5,95 Å и 12,30 Å соответственно). [68] Различные кристаллические структуры двух фаз приводят также к различиям в их электронной зонной структуре . d-орбитали 2H-MoS 2 разделены на три полосы: d z 2 , d x 2 -y 2 ,xy , и d xz,yz . Из них заполнена только d z 2 ; в сочетании с расщеплением это приводит к получению полупроводникового материала с шириной запрещенной зоны 1,9 эВ. [69] 1T-MoS 2 , с другой стороны, имеет частично заполненные d-орбитали, что придает ему металлический характер.

Поскольку структура состоит из ковалентных связей в плоскости и межслоевых ван-дер-ваальсовых взаимодействий , электронные свойства монослойных TMD являются сильно анизотропными. Например, проводимость MoS2 в направлении, параллельном плоскому слою (0,1–1 Ом −1 см −1 ), примерно в 2200 раз больше проводимости, перпендикулярной слоям. [70] Существуют также различия между свойствами монослоя по сравнению с объемным материалом: подвижность Холла при комнатной температуре резко ниже для монослоя 2H MoS2 ( 0,1–10 см2 В − 1 с −1 ), чем для объемного MoS2 ( 100–500 см2 В − 1 с −1 ). Это различие возникает в первую очередь из-за ловушек заряда между монослоем и подложкой, на которую он нанесен. [71]

MoS 2 имеет важные приложения в (электро)катализе. Как и в случае с другими двумерными материалами, свойства могут сильно зависеть от геометрии; поверхность MoS 2 каталитически неактивна, но края могут действовать как активные центры для катализа реакций. [72] По этой причине проектирование и изготовление устройств может включать соображения по максимизации каталитической площади поверхности, например, путем использования небольших наночастиц вместо больших листов [72] или нанесения листов вертикально, а не горизонтально. [73] Каталитическая эффективность также сильно зависит от фазы: вышеупомянутые электронные свойства 2H MoS 2 делают его плохим кандидатом для каталитических приложений, но эти проблемы можно обойти путем перехода в металлическую (1T) фазу. Фаза 1T имеет более подходящие свойства с плотностью тока 10 мА/см2 , перенапряжением -187 мВ относительно RHE и наклоном Тафеля 43 мВ/декада (по сравнению с 94 мВ/декада для фазы 2H). [74] [75]

Графан

Графан

В то время как графен имеет гексагональную сотовую решетчатую структуру с чередующимися двойными связями, выходящими из его sp 2 -связанных углеродов, графан, все еще сохраняющий гексагональную структуру, является полностью гидрогенизированной версией графена, в которой каждый sp 3 -гибридизованный углерод связан с водородом (химическая формула (CH) n ). Кроме того, в то время как графен является плоским из-за своей двойной связанной природы, графан является грубым, с шестиугольниками, принимающими различные внеплоскостные структурные конформеры, такие как кресло или лодка, чтобы обеспечить идеальные углы 109,5°, которые уменьшают кольцевую деформацию, в прямой аналогии с конформерами циклогексана. [76]

Графан был впервые теоретически обоснован в 2003 году [77] , в 2007 году было показано, что он стабилен с использованием расчетов энергии из первых принципов [78] , а в 2009 году он был впервые экспериментально синтезирован. [79] Существуют различные экспериментальные пути получения графана, включая подходы «сверху вниз» восстановления графита в растворе или гидрирования графита с использованием плазмы/водородного газа, а также подход «снизу вверх» химического осаждения из паровой фазы. [76] Графан является изолятором с прогнозируемой шириной запрещенной зоны 3,5 эВ; [80] однако частично гидрогенизированный графен является полупроводником, причем ширина запрещенной зоны контролируется степенью гидрирования. [76]

Германан

Германан представляет собой однослойный кристалл, состоящий из германия с одной водородной связью в z-направлении для каждого атома. [81] [82] Структура германана похожа на графан , объемный германий не принимает эту структуру. Германан производится в два этапа, начиная с германида кальция. Из этого материала кальций (Ca) удаляется путем деинтеркаляции с HCl , чтобы получить слоистое твердое вещество с эмпирической формулой GeH. [83] Участки Ca в фазе цинка CaGe 2 обмениваются с атомами водорода в растворе HCl, образуя GeH и CaCl 2 .

СЛСиН

SLSiN (сокращение от Single-Layer Si licon Nitride ) , новый двумерный материал, представленный как первый постграфеновый член Si 3 N 4 , был впервые обнаружен вычислительным путем в 2020 году с помощью моделирования на основе теории функционала плотности. [84] Этот новый материал по своей сути является двумерным, изолятором с шириной запрещенной зоны около 4 эВ и стабильным как термодинамически, так и с точки зрения динамики решетки.

Комбинированное поверхностное легирование

Часто однослойные материалы, в частности элементарные аллотропы, соединяются с поддерживающей подложкой через поверхностные сплавы. [31] [32] К настоящему времени это явление было доказано с помощью комбинации различных методов измерения для силицена, [31] для которого сплав трудно доказать одним методом, и, следовательно, не ожидалось в течение долгого времени. Следовательно, такие поверхностные сплавы подстилающих слоев под двумерными материалами можно ожидать и под другими двумерными материалами, существенно влияя на свойства двумерного слоя. Во время роста сплав действует как основание и как лес для двумерного слоя, для которого он прокладывает путь. [31]

Органический

Ni 3 (HITP) 2 — это органический, кристаллический, структурно настраиваемый электрический проводник с большой площадью поверхности. HITP — это органическое химическое вещество (2,3,6,7,10,11-гексааминотрифенилен ) . Он имеет гексагональную сотовую структуру графена . Несколько слоев естественным образом образуют идеально выровненные стопки с идентичными 2-нм отверстиями в центрах шестиугольников. Электропроводность при комнатной температуре составляет ~40  См  см −1 , что сопоставимо с электропроводностью объемного графита и является одной из самых высоких среди любых проводящих металлоорганических каркасов (MOF). Температурная зависимость его проводимости линейна при температурах от 100 К до 500 К, что предполагает необычный механизм переноса заряда, который ранее не наблюдался в органических полупроводниках . [85]

Материал был заявлен как первый из группы, образованной переключением металлов и/или органических соединений. Материал может быть выделен в виде порошка или пленки с проводимостью 2 и 40 См см −1 соответственно. [86]

Полимер

Используя меламин (углеродную и азотную кольцевую структуру) в качестве мономера , исследователи создали 2DPA-1, двумерный полимерный лист, удерживаемый вместе водородными связями . Лист формируется спонтанно в растворе, что позволяет наносить тонкие пленки методом центрифугирования. Полимер имеет предел текучести в два раза выше, чем у стали, и выдерживает в шесть раз большую силу деформации, чем пуленепробиваемое стекло . Он непроницаем для газов и жидкостей. [87] [88]

Комбинации

Отдельные слои двумерных материалов можно объединять в слоистые сборки. Например, двухслойный графен — это материал, состоящий из двух слоев графена . Одно из первых сообщений о двухслойном графене было в основополагающей научной статье 2004 года Гейма и его коллег, в которой они описали устройства, «содержащие только один, два или три атомных слоя». Слоистые комбинации различных двумерных материалов обычно называют гетероструктурами Ван-дер-Ваальса . Твистроника — это исследование того, как угол (скручивание) между слоями двумерных материалов может изменять их электрические свойства.

Характеристика

Методы микроскопии, такие как просвечивающая электронная микроскопия , [89] [90] [91] 3D электронная дифракция , [92] сканирующая зондовая микроскопия , [93] сканирующий туннельный микроскоп , [89] и атомно-силовая микроскопия [89] [91] [93] используются для характеристики толщины и размера 2D материалов. Электрические свойства и структурные свойства, такие как состав и дефекты, характеризуются Рамановской спектроскопией , [89] [91] [93] рентгеновской дифракцией , [89] [91] и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией . [94]

Механическая характеристика

Механическая характеристика 2D-материалов затруднена из-за реакционной способности окружающей среды и ограничений субстрата, присутствующих во многих 2D-материалах. С этой целью многие механические свойства рассчитываются с использованием моделирования молекулярной динамики или моделирования молекулярной механики . Экспериментальная механическая характеристика возможна в 2D-материалах, которые могут выдерживать условия экспериментальной установки, а также могут быть нанесены на подходящие субстраты или существовать в свободном виде. Многие 2D-материалы также обладают деформацией вне плоскости, которая дополнительно усложняет измерения. [95]

Испытание наноиндентированием обычно используется для экспериментального измерения модуля упругости , твердости и прочности на разрыв двумерных материалов. Из этих непосредственно измеренных значений существуют модели, которые позволяют оценить вязкость разрушения , показатель упрочнения при обработке , остаточное напряжение и предел текучести . Эти эксперименты проводятся с использованием специального оборудования для наноиндентирования или атомно-силового микроскопа (АСМ). Эксперименты по наноиндентированию обычно проводятся с двумерным материалом в виде линейной полосы, зажатой с обоих концов, испытывающей вдавливание клином, или с двумерным материалом в виде круглой мембраны, зажатой по окружности, испытывающей вдавливание закругленным кончиком в центре. Геометрию полосы сложно подготовить, но она упрощает анализ из-за линейных результирующих полей напряжений. Круглая барабанообразная геометрия используется чаще и может быть легко подготовлена ​​путем отслаивания образцов на узорчатую подложку. Напряжение, приложенное к пленке в процессе зажима, называется остаточным напряжением. В случае очень тонких слоев двумерных материалов изгибающее напряжение обычно игнорируется при измерениях индентирования, при этом изгибающее напряжение становится актуальным в многослойных образцах. Модуль упругости и значения остаточного напряжения могут быть извлечены путем определения линейной и кубической частей экспериментальной кривой сила-смещение. Напряжение разрушения двумерного листа извлекается из приложенного напряжения при разрушении образца. Было обнаружено, что размер наконечника АСМ мало влияет на измерение упругих свойств, но было обнаружено, что разрушающее усилие имеет сильную зависимость от размера наконечника из-за концентрации напряжения на вершине наконечника. [96] С использованием этих методов было обнаружено, что модуль упругости и предел текучести графена составляют 342 Н/м и 55 Н/м соответственно. [96]

Измерения коэффициента Пуассона в 2D-материалах обычно просты. Чтобы получить значение, 2D-лист помещают под напряжение и измеряют реакции смещения, или проводят расчет MD. Было обнаружено, что уникальные структуры, обнаруженные в 2D-материалах, приводят к ауксетическому поведению в фосфорене [97] и графене [98] и нулевому коэффициенту Пуассона в треугольной решетке борофена. [99]  

Измерения модуля сдвига графена были получены путем измерения сдвига резонансной частоты в эксперименте с двойным лопастным осциллятором, а также с помощью моделирования МД. [100] [101]

Вязкость разрушения 2D-материалов в режиме I (K IC ) измерялась напрямую путем растяжения предварительно растрескавшихся слоев и мониторинга распространения трещин в реальном времени. [102] Моделирование МД, а также моделирование молекулярной механики также использовались для расчета вязкости разрушения в режиме I. Было обнаружено, что в анизотропных материалах, таких как фосфорен, распространение трещин происходит преимущественно вдоль определенных направлений. [103] Было обнаружено, что большинство 2D-материалов подвергаются хрупкому разрушению.

Приложения

Исследователи возлагают большие надежды на то, что двумерные материалы, учитывая их исключительные свойства, заменят обычные полупроводники и создадут новое поколение электроники.

Биологическое применение

Исследования 2D- наноматериалов все еще находятся в зачаточном состоянии, при этом большинство исследований сосредоточено на выяснении уникальных характеристик материалов, и лишь немногие отчеты посвящены биомедицинским применениям 2D -наноматериалов . [104] Тем не менее, недавние быстрые успехи в области 2D-наноматериалов подняли важные, но захватывающие вопросы об их взаимодействии с биологическими компонентами. 2D-наночастицы, такие как 2D-материалы на основе углерода, силикатные глины, дихалькогениды переходных металлов (TMD) и оксиды переходных металлов (TMO), обеспечивают улучшенную физическую, химическую и биологическую функциональность благодаря их однородной форме, высокому соотношению поверхности к объему и поверхностному заряду.

Двумерные (2D) наноматериалы — это сверхтонкие наноматериалы с высокой степенью анизотропии и химической функциональностью. [105] Двумерные наноматериалы весьма разнообразны с точки зрения их механических , химических и оптических свойств, а также размера, формы, биосовместимости и способности к разложению. [106] [107] Эти разнообразные свойства делают двумерные наноматериалы подходящими для широкого спектра применений, включая доставку лекарств , визуализацию , тканевую инженерию , биосенсоры и газовые датчики среди других. [108] [109] Однако их низкоразмерная наноструктура придает им некоторые общие характеристики. Например, двумерные наноматериалы являются самыми тонкими из известных материалов, что означает, что они также обладают самой высокой удельной площадью поверхности из всех известных материалов. Эта характеристика делает эти материалы бесценными для приложений, требующих высоких уровней поверхностных взаимодействий в малых масштабах. В результате 2D-наноматериалы исследуются для использования в системах доставки лекарств , где они могут адсорбировать большое количество молекул лекарств и обеспечивать превосходный контроль над кинетикой высвобождения. [110] Кроме того, их исключительные отношения площади поверхности к объему и обычно высокие значения модуля делают их полезными для улучшения механических свойств биомедицинских нанокомпозитов и нанокомпозитных гидрогелей даже при низких концентрациях. Их чрезвычайная тонкость сыграла важную роль в прорывах в биосенсорике и секвенировании генов . Более того, тонкость этих молекул позволяет им быстро реагировать на внешние сигналы, такие как свет, что привело к их полезности в оптической терапии всех видов, включая приложения визуализации, фототермическую терапию (ПТТ) и фотодинамическую терапию (ФДТ).

Несмотря на быстрые темпы развития в области 2D-наноматериалов, эти материалы должны быть тщательно оценены на биосовместимость , чтобы быть актуальными для биомедицинских приложений. [111] Новизна этого класса материалов означает, что даже относительно хорошо зарекомендовавшие себя 2D-материалы, такие как графен, плохо изучены с точки зрения их физиологического взаимодействия с живыми тканями . Кроме того, сложности переменного размера и формы частиц, примесей от производства, а также белковых и иммунных взаимодействий привели к неоднородности знаний о биосовместимости этих материалов.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Эштон, М.; Пол, Дж.; Синнотт, СБ; Хенниг, РГ (2017). «Топологическая масштабная идентификация слоистых твердых тел и стабильных расслоенных 2D-материалов». Phys. Rev. Lett . 118 (10): 106101. arXiv : 1610.07673 . Bibcode : 2017PhRvL.118j6101A. doi : 10.1103/PhysRevLett.118.106101. PMID  28339265. S2CID  32012137.
  2. ^ "База данных". 2Dmaterialsweb.org . Архивировано из оригинала 2019-01-22 . Получено 2022-01-23 .
  3. ^ "База данных вычислительных 2D-материалов (C2DB) — РЕПОЗИТОРИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ". cmr.fysik.dtu.dk .
  4. ^ Чжэн, Вейран; Ли, Лоуренс Юн Сук (2022). «За пределами ультразвуковой обработки: передовые методы отшелушивания для масштабируемого производства 2D-материалов». Matter . 5 (2): 515–545. doi :10.1016/j.matt.2021.12.010. S2CID  245902407.
  5. ^ Андронико, Майкл (14 апреля 2014 г.). «5 способов, которыми графен навсегда изменит гаджеты». Ноутбук .
  6. ^ "Свойства графена". www.graphene-battery.net. 2014-05-29 . Получено 2014-05-29 .
  7. ^ «Этот месяц в истории физики: 22 октября 2004 г.: Открытие графена». APS News . Серия II. 18 (9): 2. 2009.
  8. ^ "Нобелевская премия по физике 2010". Нобелевский фонд . Получено 2013-12-03 .
  9. ^ Heimann, RB; Evsvukov, SE; Koga, Y. (1997). "Углеродные аллотропы: предлагаемая схема классификации, основанная на гибридизации валентных орбиталей". Carbon . 35 (10–11): 1654–1658. Bibcode :1997Carbo..35.1654H. doi :10.1016/S0008-6223(97)82794-7.
  10. ^ Еняшин, Андрей Н.; Ивановский, Александр Л. (2011). «Аллотропы графена». Физический статус Solidi B. 248 (8): 1879–1883. Бибкод : 2011PSSBR.248.1879E. дои : 10.1002/pssb.201046583 . S2CID  125591804.
  11. ^ Özçelik, V. Ongun; Ciraci, S. (10 января 2013 г.). «Зависимость размера стабильности и электронных свойств α-графина и его аналога нитрида бора». Журнал физической химии C. 117 ( 5): 2175–2182. arXiv : 1301.2593 . doi : 10.1021/jp3111869. hdl : 11693/11999. S2CID  44136901.
  12. ^ Balaban AT, Rentia CC, Ciupitu E (1968). «Химические графы. 6. Оценка относительной стабильности нескольких плоских и трехмерных решеток для элементарного углерода». Revue Roumaine de Chimie . 13 (2): 231–.
  13. ^ Ли, Госин; Ли, Юлян; Лю, Хуэйбяо; Го, Яньбин; Ли, Юнджун; Чжу, Даобэнь (2010). «Архитектура графдиевых наноразмерных пленок». Химические коммуникации . 46 (19): 3256–3258. дои : 10.1039/B922733D. PMID  20442882. S2CID  43416849.
  14. ^ Ху, Имин; Ву, Чэньюй; Пан, Цинъянь; Цзинь, Инхуа; Лю, Руи; Мартинес, Викина; Хуан, Шаофэн; Ву, Цзинъи; Уэймент, Лейси Дж.; Кларк, Ноэль А.; Рашке, Маркус Б.; Чжао, Инцзе; Чжан, Вэй (9 мая 2022 г.). «Синтез γ-графина с использованием динамической ковалентной химии».
  15. ^ Hu, Y.; Wu, C.; Pan, Q.; Jin, Y.; Lyu, R.; Martinez, V.; Huang, S.; Wu, J.; Wayment, LJ; Clark, NA; Raschke, MB; Zhao, Y.; Zhang, W. (2022). «Синтез γ-графина с использованием динамической ковалентной химии». Nature Synthesis . 1 (6): 449–454. Bibcode : 2022NatSy...1..449H. doi : 10.1038/s44160-022-00068-7. S2CID  248686420.(Отозвано, см. doi :10.1038/s44160-024-00627-0, Retraction Watch . Если это преднамеренная ссылка на отозванную статью, замените на . ){{retracted|...}}{{retracted|...|intentional=yes}}
  16. ^ Десяткин, В.Г.; Мартин, В.Б.; Алиев, А.Е.; Чапман, Н.Е.; Фонсека, А.Ф.; Гальван, Д.С.; Миллер, Э.Р.; Стоун, К.Х.; Ванг, З.; Захидов, Д.; Лимпоко, Ф.Т.; Альмахдали, С.Р.; Паркер, С.М.; Боман, Р.Х.; Родионов, В.О. (2022). «Масштабируемый синтез и характеристика многослойного γ-графина, новых углеродных кристаллов с малой прямой запрещенной зоной». Журнал Американского химического общества . 144 (39): 17999–18008. arXiv : 2301.05291 . doi : 10.1021/jacs.2c06583. PMID  36130080. S2CID  252438218.
  17. ^ Кан, Цзюнь; Вэй, Чжунмин; Ли, Цзинбо (2019). «Графин и его семейство: последние теоретические достижения». ACS Applied Materials & Interfaces . 11 (3): 2692–2706. doi :10.1021/acsami.8b03338. PMID  29663794.
  18. ^ Гопалакришнан, К.; Мозес, Кота; Говиндарадж, А.; Рао, CNR (2013-12-01). «Суперконденсаторы на основе восстановленного оксида графена, легированного азотом, и борокарбонитридов». Solid State Communications . Специальный выпуск: Графен V: Последние достижения в исследованиях графена и аналогов графена. 175–176: 43–50. Bibcode : 2013SSCom.175...43G. doi : 10.1016/j.ssc.2013.02.005.
  19. ^ Ширбер, Майкл (24 февраля 2012 г.). «В центре внимания: графин может быть лучше графена». Physics . 5 (24): 24. Bibcode :2012PhyOJ...5...24S. doi :10.1103/Physics.5.24.
  20. ^ Бустани, Ихсан (январь 1997 г.). «Новые квазиплоские поверхности голого бора». Surface Science . 370 (2–3): 355–363. Bibcode :1997SurSc.370..355B. doi :10.1016/S0039-6028(96)00969-7.
  21. ^ Чжан, Z.; Ян, Y.; Гао, G.; Якобсон, BI (2 сентября 2015 г.). «Двумерные монослои бора, опосредованные металлическими подложками». Angewandte Chemie International Edition . 54 (44): 13022–13026. doi : 10.1002/anie.201505425 . PMID  26331848.
  22. ^ Mannix, AJ; Zhou, X.-F.; Kiraly, B.; Wood, JD; Alducin, D.; Myers, BD; Liu, X.; Fisher, BL; Santiago, U.; Guest, JR; et al. (17 декабря 2015 г.). «Синтез борофенов: анизотропные двумерные полиморфы бора». Science . 350 (6267): 1513–1516. Bibcode :2015Sci...350.1513M. doi :10.1126/science.aad1080. PMC 4922135 . PMID  26680195. 
  23. ^ Фэн, Баоцзе; Чжан, Цзинь; Чжун, Цин; Ли, Вэньбинь; Ли, Шуай; Ли, Хуэй; Ченг, Пэн; Мэн, Шэн; Чен, Лан; Ву, Кэхуэй (28 марта 2016 г.). «Экспериментальная реализация двумерных листов бора». Природная химия . 8 (6): 563–568. arXiv : 1512.05029 . Бибкод : 2016NatCh...8..563F. дои : 10.1038/nchem.2491. PMID  27219700. S2CID  19475989.
  24. ^ Bampoulis, P.; Zhang, L.; Safaei, A.; van Gastel, R.; Poelsema, B.; Zandvliet, HJW (2014). "Германеновое окончание кристаллов Ge 2 Pt на Ge(110)". Journal of Physics: Condensed Matter . 26 (44): 442001. arXiv : 1706.00697 . Bibcode : 2014JPCM...26R2001B. doi : 10.1088/0953-8984/26/44/442001. PMID  25210978. S2CID  36478002.
  25. ^ Дериваз, Микаэль; Дентель, Дидье; Стефан, Реджис; Ханф, Мари-Кристин; Мехдауи, Ахмед; Сонет, Филипп; Пирри, Кармело (2015). «Сплошной слой германена на Al (111)». Нано-буквы . 15 (4). Публикации ACS: 2510–2516. Бибкод : 2015NanoL..15.2510D. doi : 10.1021/acs.nanolett.5b00085. ПМИД  25802988.
  26. ^ Юхара, Дж.; Симадзу, Х.; Ито, К.; Охта, А.; Куросава, М.; Накатаке, М.; Ле Лэй, Гай (2018). «Эпитаксиальный рост германена путем сегрегации через тонкие пленки Ag (111) на Ge (111)». АСУ Нано . 12 (11): 11632–11637. doi : 10.1021/acsnano.8b07006. PMID  30371060. S2CID  53102735.
  27. ^ Ли, Кангхо; Ким, Хе-Янг; Лотя, Мустафа; Коулман, Джонатан Н.; Ким, Гю-Тэ; Дюсберг, Георг С. (2011-09-22). «Электрические характеристики хлопьев дисульфида молибдена, полученных путем жидкостного отшелушивания». Advanced Materials . 23 (36): 4178–4182. Bibcode :2011AdM....23.4178L. doi :10.1002/adma.201101013. PMID  21823176. S2CID  205240634.
  28. ^ Сюй, Миншэн; Лян, Тао; Ши, Миньмин; Чэнь, Хунчжэн (2013). «Двумерные материалы, подобные графену». Chemical Reviews . 113 (5). ACS Publications: 3766–3798. doi :10.1021/cr300263a. PMID  23286380.
  29. ^ Cahangirov, S.; Topsakal, M.; Aktürk, E.; Şahin, H.; Ciraci, S. (2009). "Двумерные и одномерные сотовые структуры кремния и германия". Phys. Rev. Lett . 102 (23): 236804. arXiv : 0811.4412 . Bibcode : 2009PhRvL.102w6804C. doi : 10.1103/PhysRevLett.102.236804. PMID  19658958. S2CID  22106457.
  30. ^ Стефан, Режис; Ханф, Мари-Кристин; Соннет, Филипп (2014). «Пространственный анализ взаимодействий на границе раздела силицен/Ag: исследование первых принципов». Журнал физики: конденсированное вещество . 27 (1). Издательство IOP: 015002. doi : 10.1088/0953-8984/27/1/015002. PMID  25407116. S2CID  39842095.
  31. ^ abcde Küchle, Йоханнес Т.; Бакланов, Александр; Сейтсонен, Ари П.; Райан, Пол Т.П.; Фёлнер, Питер; Пендем, Прашант; Ли, Тянь-Лин; Мунтвайлер, Матиас; Шварц, Мартин; Хааг, Феликс; Барт, Йоханнес В.; Аувертер, Вилли; Дункан, Дэвид А.; Аллегретти, Франческо (2022). «Распространенный поверхностный сплав силицена на Ag (111): каркас для двумерного роста». 2D материалы . 9 (4): 045021. Бибкод : 2022TDM.....9d5021K. дои : 10.1088/2053-1583/ac8a01 . S2CID  251637081.
  32. ^ ab Yuhara, J.; Fujii, Y.; Isobe, N.; Nakatake, M.; Lede, X.; Rubio, A.; Le Lay, G. (2018). "Большая площадь плоского станена, эпитаксиально выращенного на Ag(111)". 2D Materials . 5 (2). 025002. Bibcode : 2018TDM.....5b5002Y. doi : 10.1088/2053-1583/aa9ea0 . hdl : 21.11116/0000-0001-A92C-0 .
  33. ^ Такахаши, Л.; Такахаши, К. (2015). «Низкотемпературное улавливание и диссоциация загрязняющих веществ над двумерным оловом». Физическая химия Химическая физика . 17 (33): 21394–21396. Bibcode :2015PCCP...1721394T. doi :10.1039/C5CP03382A. PMID  26226204.Вспомогательная информация
  34. ^ Ахмед, Резван; Накагава, Такеши; Мизуно, Сейги (2020). «Определение структуры ультраплоского станена на Cu(111) с использованием низкоэнергетической электронной дифракции». Surface Science . 691 : 121498. Bibcode :2020SurSc.69121498A. doi :10.1016/j.susc.2019.121498. S2CID  203142186.
  35. ^ Юхара, Дж.; Хе, Б.; Ле Лэй, Г. (2019). «Последний родственник графена: эпитаксиальный рост плюмбена на «нановодяном кубе»". Дополнительные материалы . 31 (27): 1901017. Bibcode :2019AdM....3101017Y. doi :10.1002/adma.201901017. PMID  31074927. S2CID  149446617..
  36. ^ Бергер, Энди (17 июля 2015 г.). «За пределами графена, зоопарк новых двумерных материалов». Журнал Discover. Архивировано из оригинала 2019-11-01 . Получено 2015-09-19 .
  37. ^ Ли, Л.; Ю, Ю.; Да, Джи-Джей; Ге, К.; Оу, Х.; Ву, Х.; Фэн, Д.; Чен, XH; Чжан, Ю. (2014). «Полевые транзисторы с черным фосфором». Природные нанотехнологии . 9 (5): 372–377. arXiv : 1401.4117 . Бибкод : 2014NatNa...9..372L. дои : 10.1038/nnano.2014.35. PMID  24584274. S2CID  17218693.
  38. ^ Риту, Харнит (2016). «Изготовление полупроводникового фосфорена большой площади методом сборки Ленгмюра-Блоджетт». Sci. Rep . 6 : 34095. arXiv : 1605.00875 . Bibcode : 2016NatSR...634095K. doi : 10.1038/srep34095. PMC 5037434. PMID  27671093 . 
  39. ^ Чжан, С.; Янь, З.; Ли, И.; Чэнь, З.; Цзэн, Х. (2015). «Атомно-тонкий арсенен и антимонен: полуметалл-полупроводник и непрямой-прямой переходы запрещенной зоны». Angew. Chem. Int. Ed . 54 (10): 3112–3115. doi :10.1002/anie.201411246. PMID  25564773.
  40. ^ Арес, П.; Агилар-Галиндо, Ф.; Родригес-Сан-Мигель, Д.; Альдаве, Д.А.; Диас-Тендеро, С.; Альками, М.; Мартин, Ф.; Гомес-Эрреро, Дж.; Самора, Ф. (2016). «Механическое выделение высокостабильного антимонена в условиях окружающей среды». Адв. Мэтр . 28 (30): 6332–6336. arXiv : 1608.06859 . Бибкод : 2016AdM....28.6332A. дои : 10.1002/adma.201602128. hdl : 10486/672484. PMID  27272099. S2CID  8296292.
  41. ^ Арес, П.; Паласиос, Джей Джей; Абеллан, Г.; Гомес-Эрреро, Дж.; Самора, Ф. (2018). «Недавний прогресс в области антимонена: новый двумерный материал». Адв. Мэтр . 30 (2): 1703771. Бибкод : 2018AdM....3003771A. дои : 10.1002/adma.201703771. hdl : 10486/688820 . PMID  29076558. S2CID  205282902.
  42. ^ Мартинес-Периньян, Эмилиано; Даун, Майкл П.; Гибаха, Карлос; Лоренцо, Энкарнасьон; Самора, Феликс; Бэнкс, Крейг Э. (2018). «Антимонен: новый 2D-наноматериал для применения в суперконденсаторах» (PDF) . Передовые энергетические материалы . 8 (11): 1702606. Бибкод : 2018AdEnM...802606M. дои : 10.1002/aenm.201702606. hdl : 10486/688798 . ISSN  1614-6840. S2CID  103042887.
  43. ^ Лазанас, Александрос Ч.; Продромидис, Мамас И. (апрель 2022 г.). «Электрохимические характеристики пассивированных нанолистов антимонена и приготовленных in-situ оксида антимонена-PEDOT:PSS модифицированных трафаретных графитовых электродов». Electrochimica Acta . 410 : 140033. doi :10.1016/j.electacta.2022.140033. S2CID  246598714.
  44. ^ Сю, Чиа-Сю; Хуан, Чжи-Цюань; Чуан, Фэн-Чуань; Куо, Цзянь-Чэн; Лю, Ю-Цзы; Линь, Синь; Бансил, Арун (2015-02-10). "Нетривиальная электронная структура сот Bi/Sb на SiC(0001)". New Journal of Physics . 17 (2): 025005. Bibcode :2015NJPh...17b5005H. doi : 10.1088/1367-2630/17/2/025005 .
  45. ^ Рейс, Феликс; Ли, Ганг; Дуди, Ленарт; Бауэрнфинд, Максимилиан; Гласс, Стефан; Ханке, Вернер; Томале, Ронни; Шефер, Йорг; Классен, Ральф (21 июля 2017 г.). «Висмутен на подложке из SiC: кандидат на высокотемпературный квантовый спиновый холловский материал». Science . 357 (6348): 287–290. arXiv : 1608.00812 . Bibcode :2017Sci...357..287R. doi :10.1126/science.aai8142. PMID  28663438. S2CID  23323210.
  46. ^ Лю, Чжэн; Лю, Чао-Син; У, Юн-Ши; Дуань, Вэнь-Хуэй; Лю, Фэн; У, Цзянь (2011-09-23). ​​"Стабильная нетривиальная Z2-топология в ультратонких пленках Bi (111): исследование первых принципов". Physical Review Letters . 107 (13): 136805. arXiv : 1104.0978 . Bibcode : 2011PhRvL.107m6805L. doi : 10.1103/physrevlett.107.136805. ISSN  0031-9007. PMID  22026889. S2CID  10121875.
  47. ^ Мураками, Шуичи (2006-12-06). "Квантовый спиновый эффект Холла и улучшенный магнитный отклик с помощью спин-орбитальной связи". Physical Review Letters . 97 (23): 236805. arXiv : cond-mat/0607001 . Bibcode : 2006PhRvL..97w6805M. doi : 10.1103/physrevlett.97.236805. ISSN  0031-9007. PMID  17280226. S2CID  34984890.
  48. ^ Qi-Qi, Yang (2 октября 2018 г.). «2D висмутен, изготовленный с помощью кислотно-интеркалированного расслоения, демонстрирует сильные нелинейные отклики в ближнем инфракрасном диапазоне для лазеров с синхронизацией мод». Nanoscale . 10 (45): 21106–21115. doi :10.1039/c8nr06797j. PMID  30325397.
  49. ^ Гусмао, Руи; Софер, Зденек; Боуза, Даниэль; Пумера, Мартин (29 июля 2017 г.). «Pnictogens (As, Sb, Bi) Nanosheets by Shear Exfoliation Using Kitchen Blenders for Electrochemical Applications» (Нанолисты пниктогенов (As, Sb, Bi) с помощью сдвигового отшелушивания с использованием кухонных блендеров для электрохимических применений). Angewandte Chemie International Edition . 56 (46): 14417–14422. doi :10.1002/anie.201706389. PMID  28755460. S2CID  22513370.
  50. ^ Мартинес, Кармен С.; Гусмано, Руи; Софер, Зденек; Пумера, Мартин (2019). «Ферментативные фенольные биосенсоры на основе пниктогена: фосфорен, арсенен, антимонен и висмутен». Angewandte Chemie International Edition . 58 (1): 134–138. doi :10.1002/anie.201808846. PMID  30421531. S2CID  53291371.
  51. ^ Лазанас, Александрос Ч.; Цирка, Кириаки; Пайпетис, Алкивиадис С.; Продромидис, Мамас И. (2020). «2D висмутен/графен модифицированные электроды для сверхчувствительного инверсионного вольтамперометрического определения свинца и кадмия». Electrochimica Acta . 336 : 135726. doi : 10.1016/j.electacta.2020.135726. S2CID  214292108.
  52. ^ Chowdhury, Emdadul Haque; Rahman, Md. Habibur; Bose, Pritom; Jayan, Rahul; Islam, Md Mahbubul (2020). «Анализ физической прочности и механизмов фононного транспорта монослойного β-висмутена в атомном масштабе». Physical Chemistry Chemical Physics . 22 (48): 28238–28255. Bibcode :2020PCCP...2228238C. doi :10.1039/d0cp04785f. ISSN  1463-9076. PMID  33295342. S2CID  228079431.
  53. ^ Пеплоу, Марк (18 апреля 2024 г.). «Знакомьтесь, «голден»: этот позолоченный кузен графена также имеет толщину в один атом». Nature . Получено 19 апреля 2024 г. .
  54. ^ ab Yin, Xi; Liu, Xinhong; Pan, Yung-Tin; Walsh, Kathleen A.; Yang, Hong (4 ноября 2014 г.). «Многослойные ультратонкие палладиевые нанолисты в форме ханойской башни». Nano Letters . 14 (12): 7188–7194. Bibcode :2014NanoL..14.7188Y. doi :10.1021/nl503879a. PMID  25369350.
  55. ^ ab Абдельхафиз, Али; Витале, Адам; Бантин, Паркер; деГли, Бен; Джойнер, Кори; Робертсон, Алекс; Фогель, Эрик М.; Уорнер, Джейми; Аламгир, Фейсал М. (2018). «Эпитаксиальные и атомарно тонкие графен-металлические гибридные каталитические пленки: двойная роль графена как носителя и химически прозрачного защитного колпачка». Энергетика и наука об окружающей среде . 11 (6): 1610–1616. doi :10.1039/c8ee00539g.
  56. ^ ab Абдельхафиз, Али; Витале, Адам; Джойнер, Кори; Фогель, Эрик; Аламгир, Фейсал М. (2015-03-16). «Послойная эволюция структуры, деформации и активности для реакции выделения кислорода в монослоях Pt с темплатом из графена». ACS Applied Materials & Interfaces . 7 (11): 6180–6188. doi :10.1021/acsami.5b00182. PMID  25730297.
  57. ^ Дуань, Хаохун; Ян, Нин; Ю, Ронг; Чанг, Чун-Ран; Чжоу, банда; Ху, Хань-Ши; Ронг, Хунпан; Ню, Чжицян; Мао, Цзюньцзе; Асакура, Хироюки; Танака, Цунэхиро; Дайсон, Пол Джозеф; Ли, Цзюнь; Ли, Ядун (17 января 2014 г.). «Ультратонкие нанолисты родия». Природные коммуникации . 5 : 3093. Бибкод : 2014NatCo...5.3093D. дои : 10.1038/ncomms4093 . ПМИД  24435210.
  58. ^ Paleja, Ameya (2024-02-26). "Австралийские ученые напечатали на 3D-принтере титановую структуру со сверхъестественной прочностью". Interesting Engineering . Получено 2024-02-27 .
  59. ^ Юхара, Дж.; Шмид, М.; Варга, П. (2003). "Двумерный сплав несмешивающихся металлов, одиночные и бинарные монослойные пленки Pb и Sn на Rh(111)". Phys. Rev. B. 67 ( 19): 195407. Bibcode : 2003PhRvB..67s5407Y. doi : 10.1103/PhysRevB.67.195407.
  60. ^ Юхара, Дж.; Ёкояма, М.; Мацуи, Т. (2011). «Двумерный твердый раствор сплава бинарных пленок Bi-Pb на Rh(111)». J. Appl. Phys . 110 (7): 074314–074314–4. Bibcode :2011JAP...110g4314Y. doi :10.1063/1.3650883.
  61. ^ Кочаев, А.И.; Каренин, А.А.; Мефтахутдинов, Р.М.; Браже, РА (2012). "2D супракристаллы как перспективные материалы для планарной наноакустоэлектроники". Journal of Physics: Conference Series . 345 (1): 012007. Bibcode : 2012JPhCS.345a2007K. doi : 10.1088/1742-6596/345/1/012007 .
  62. ^ Браже, РА; Кочаев, АИ (2012). «Изгибные волны в графене и двумерных супракристаллах». Физика твердого тела . 54 (8): 1612–1614. Bibcode :2012PhSS...54.1612B. doi :10.1134/S1063783412080069. S2CID  120094142.
  63. ^ Блейн, Лоз (28.04.2022). «Односторонний сверхпроводящий диод имеет огромное значение для электроники». Новый Атлас . Получено 29.04.2022 .
  64. ^ Паско, Кристофер М.; Баггари, Исмаил Эл; Бьянко, Элизабет; Куркутис, Лена Ф.; МакКуин, Тайрел М. (2019-07-23). ​​«Настраиваемый магнитный переход в синглетное основное состояние в двумерном ван-дер-ваальсовом слоистом тримеризованном магните кагоме». ACS Nano . 13 (8): 9457–9463. arXiv : 1907.10108v1 . doi : 10.1021/acsnano.9b04392. PMID  31310516. S2CID  197422328.
  65. ^ Ву, Хэн; Ван, Яоцзя; Сюй, Юаньфэн; Сивакумар, Пранава К.; Паско, Крис; Филиппоцци, Ульдерико; Паркин, Стюарт С.П.; Цзэн, Ю-Цзя; МакКуин, Тайрел; Али, Мажар Н. (апрель 2022 г.). «Безполевой диод Джозефсона в гетероструктуре Ван-дер-Ваальса». Природа . 604 (7907): 653–656. arXiv : 2103.15809 . Бибкод : 2022Natur.604..653W. дои : 10.1038/s41586-022-04504-8. ISSN  1476-4687. PMID  35478238. S2CID  248414862.
  66. ^ Gan, Xiaorong; Lee, Lawrence Yoon Suk; Wong, Kwok-yin; Lo, Tsz Wing; Ho, Kwun Hei; Lei, Dang Yuan; Zhao, Huimin (2018). "2H/1T Phase Transition of Multilayer MoS2 by Electrochemical Incorporation of S Vacancies". ACS Applied Energy Materials . 1 (9): 4754–4765. doi :10.1021/acsaem.8b00875. S2CID  106014720.
  67. ^ Дикинсон, Роско Г.; Полинг, Лайнус (1923). «Кристаллическая структура молибденита». Журнал Американского химического общества . 45 (6): 1466–1471. doi :10.1021/ja01659a020.
  68. ^ Фан, Юцян; Пан, Цзе; Он, Цзяньцяо; Ло, Жуйчунь; Ван, Донг; Че, Сянли; Бу, Кеджун; Чжао, Вэй; Лю, Пан; Му, Банда; Чжан, Хуэй; Линь, Тяньцюань; Хуан, Фуцян (26 января 2018 г.). «Переопределение структуры и наблюдение сверхпроводимости объемного 1T MoS 2». Angewandte Chemie, международное издание . 57 (5): 1232–1235. arXiv : 1712.09248 . дои : 10.1002/anie.201710512. PMID  29210496. S2CID  205406195.
  69. ^ Splendiani, Andrea; Sun, Liang; Zhang, Yuanbo; Li, Tianshu; Kim, Jonghwan; Chim, Chi-Yung; Galli, Giulia; Wang, Feng (2010-04-14). "Emerging Photoluminescence in Monolayer MoS 2". Nano Letters . 10 (4): 1271–1275. Bibcode :2010NanoL..10.1271S. doi :10.1021/nl903868w. ISSN  1530-6984. PMID  20229981.
  70. ^ Трибуч, Х. (1977). «Дихалькогениды переходных металлов слоистого типа - новый класс электродов для электрохимических солнечных элементов». Berichte der Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie . 81 (4): 361–369. дои : 10.1002/bbpc.19770810403.
  71. ^ Fivaz, R.; Mooser, E. (1967-11-15). "Подвижность носителей заряда в полупроводниковых слоистых структурах". Physical Review . 163 (3): 743–755. Bibcode : 1967PhRv..163..743F. doi : 10.1103/PhysRev.163.743. ISSN  0031-899X.
  72. ^ аб Салазар, Норберто; Рангараджан, Шринивас; Родригес-Фернандес, Джонатан; Маврикакис, Манос; Лауритсен, Йеппе В. (31 августа 2020 г.). «Сайт-зависимая реакционная способность наночастиц MoS2 при гидрообессеривании тиофена». Природные коммуникации . 11 (1): 4369. doi : 10.1038/s41467-020-18183-4. ISSN  2041-1723. ПМЦ 7459117 . ПМИД  32868769. 
  73. ^ Kong, Desheng; Wang, Haotian; Cha, Judy J .; Pasta, Mauro; Koski, Kristie J .; Yao, Jie; Cui, Yi (2013-03-13). "Синтез пленок MoS 2 и MoSe 2 с вертикально выровненными слоями". Nano Letters . 13 (3): 1341–1347. Bibcode : 2013NanoL..13.1341K. doi : 10.1021/nl400258t. ISSN  1530-6984. PMID  23387444.
  74. ^ Луковски, Марк А.; Дэниел, Эндрю С.; Мэн, Фэй; Фортико, Одри; Ли, Линсен; Джин, Сонг (2013-07-17). «Улучшенный катализ выделения водорода из химически расслоенных металлических нанолистов MoS2». Журнал Американского химического общества . 135 (28): 10274–10277. doi :10.1021/ja404523s. ISSN  0002-7863. PMID  23790049.
  75. ^ Чжан, Вэньцуй; Ляо, Сяобин; Пан, Сюэлей; Ян, Мэнъю; Ли, Яньси; Тянь, Сяокун; Чжао, Ян; Сюй, Линь; Май, Лицян (2019). «Превосходные характеристики реакции выделения водорода в 2H-MoS 2 по сравнению с фазой 1T». Маленький . 15 (31): 1900964. doi :10.1002/smll.201900964. ISSN  1613-6810. PMID  31211511. S2CID  190523589.
  76. ^ abc Пумера, Мартин; Вонг, Колин Хонг Ан (2013). «Графан и гидрогенизированный графен». Chemical Society Reviews . 42 (14): 5987–5995. doi :10.1039/c3cs60132c. ISSN  0306-0012. PMID  23686139.
  77. ^ Sluiter, Marcel HF; Kawazoe, Yoshiyuki (2003-08-21). "Метод расширения кластера для адсорбции: применение к хемосорбции водорода на графене". Physical Review B. 68 ( 8): 085410. Bibcode : 2003PhRvB..68h5410S. doi : 10.1103/PhysRevB.68.085410. ISSN  0163-1829.
  78. ^ Софо, Хорхе О.; Чаудхари, Аджай С.; Барбер, Грег Д. (2007-04-10). «Графан: двумерный углеводород». Physical Review B. 75 ( 15): 153401. arXiv : cond-mat/0606704 . Bibcode : 2007PhRvB..75o3401S. doi : 10.1103/PhysRevB.75.153401. ISSN  1098-0121. S2CID  101537520.
  79. ^ Elias, DC; Nair, RR; Mohiuddin, TMG; Morozov, SV; Blake, P.; Halsall, MP; Ferrari, AC; Boukhvalov, DW; Katsnelson, MI; Geim, AK; Novoselov, KS (2009-01-30). "Управление свойствами графена обратимым гидрированием: доказательства графана". Science . 323 (5914): 610–613. arXiv : 0810.4706 . Bibcode :2009Sci...323..610E. doi :10.1126/science.1167130. ISSN  0036-8075. PMID  19179524. S2CID  3536592.
  80. ^ Чжоу, Чао; Чен, Сихао; Лу, Цзяньчжун; Ван, Цзиху; Ян, Цюцзе; Лю, Чуанжун; Хуан, Дапенг; Чжу, Тунхэ (13 января 2014 г.). «Двоюродный брат графена: настоящее и будущее графана». Письма о наномасштабных исследованиях . 9 (1): 26. дои : 10.1186/1556-276X-9-26 . ISSN  1556-276X. ПМЦ 3896693 . ПМИД  24417937. 
  81. ^ Гарсия, JC; де Лима, DB; Ассали, LVC; Хусто, JF (2011). "Группа IV Графеновые и графаноподобные нанолисты". J. Phys. Chem. C. 115 ( 27): 13242. arXiv : 1204.2875 . doi : 10.1021/jp203657w.
  82. ^ Bianco, E.; Butler, S.; Jiang, S.; Restrepo, OD; Windl, W.; Goldberger, JE (2013). «Устойчивость и расслоение германана: аналог германия и графана». ACS Nano . 7 (5): 4414–21. doi :10.1021/nn4009406. hdl : 1811/54792 . PMID  23506286.
  83. ^ ""Германан" может заменить кремний для более легкой и быстрой электроники". KurzweilAI . Получено 2013-04-12 .
  84. ^ Шекаари, Ашкан; Джафари, Махмуд (июль 2020 г.). «Представление первого постграфенового члена нитридов кремния: новый 2D-материал». Вычислительное материаловедение . 180 : 109693. doi : 10.1016/j.commatsci.2020.109693. S2CID  216464099.
  85. ^ Шеберла, Деннис; Сан, Лей; Блад-Форсайт, Мартин А.; Эр, Сулейман; Уэйд, Кейси Р.; Брожек, Карл К.; Аспуру-Гузик, Алан; Динка, Мирча (2014). «Высокая электропроводность в Ni3(2,3,6,7,10,11-гексаиминотрифенилене)2, полупроводниковом металл-органическом аналоге графена». Журнал Американского химического общества . 136 (25): 8859–8862. doi :10.1021/ja502765n. PMID  24750124. S2CID  5714037.
  86. ^ "Новый самоорганизующийся графеноподобный материал для плоских полупроводников". KurzweilAI. 2014-05-01 . Получено 2014-08-24 .
  87. ^ Ирвинг, Майкл (2022-02-03). ""Невозможный" 2D-материал легкий, как пластик, и прочнее стали". Новый Атлас . Получено 2022-02-03 .
  88. ^ Цзэн, Юйвэнь; Гордийчук, Павло; Ичихара, Такео; Чжан, Ге; Сандоз-Росадо, Эмиль; Ветцель, Эрик Д.; Тресбак, Джейсон; Ян, Цзин; Козава, Даичи; Ян, Чжунъюэ; Кюне, Маттиас (2022-02-03). «Необратимый синтез сверхпрочного двумерного полимерного материала». Nature . 602 (7895): 91–95. Bibcode :2022Natur.602...91Z. doi :10.1038/s41586-021-04296-3. ISSN  0028-0836. PMID  35110762. S2CID  246487991.
  89. ^ abcde Батлер, Шеневе З.; Холлен, Шона М.; Цао, Линью; Цуй, Йи; Гупта, Джей А.; Гутьеррес, Умберто Р.; Хайнц, Тони Ф.; Хонг, Сын Сэ; Хуан, Цзясин (2013). «Прогресс, проблемы и возможности в области двумерных материалов за пределами графена». ACS Nano . 7 (4): 2898–2926. doi :10.1021/nn400280c. PMID  23464873.
  90. ^ Бхиманапати, Ганеш Р.; Линь, Чжун; Менье, Винсент; Юнг, Ёнвун; Ча, Джуди; Дас, Саптарши; Сяо, Ди; Сон, Ёнву; Страно, Майкл С. (2015). «Последние достижения в области двумерных материалов за пределами графена». ACS Nano . 9 (12): 11509–11539. doi :10.1021/acsnano.5b05556. PMID  26544756.
  91. ^ abcd Рао, CNR; Наг, Ангшуман (1 сентября 2010 г.). «Неорганические аналоги графена». Европейский журнал неорганической химии . 2010 (27): 4244–4250. дои : 10.1002/ejic.201000408.
  92. ^ Sung, SH; Schnitzer, N.; Brown, L.; Park, J.; Hovden, R. (2019-06-25). «Укладка, деформация и скручивание в 2D-материалах, количественно оцененные с помощью 3D-электронной дифракции». Physical Review Materials . 3 (6): 064003. arXiv : 1905.11354 . Bibcode : 2019PhRvM...3f4003S. doi : 10.1103/PhysRevMaterials.3.064003. S2CID  166228311.
  93. ^ abc Rao, CNR; Ramakrishna Matte, HSS; Maitra, Urmimala (2013-12-09). «Аналоги графена в неорганических слоистых материалах». Angewandte Chemie International Edition . 52 (50): 13162–13185. doi :10.1002/anie.201301548. PMID  24127325.
  94. ^ Рао, CN R; Майтра, Урмимала (2015-01-01). «Неорганические аналоги графена». Annual Review of Materials Research . 45 (1): 29–62. Bibcode : 2015AnRMS..45...29R. doi : 10.1146/annurev-matsci-070214-021141.
  95. ^ Андроулидакис, Харалампос; Чжан, Кайхао; Робертсон, Мэтью; Тофик, Самех (2018-06-13). «Подгонка механических свойств двумерных материалов и гетероструктур». 2D Materials . 5 (3): 032005. Bibcode : 2018TDM.....5c2005A. doi : 10.1088/2053-1583/aac764. ISSN  2053-1583. S2CID  139728037.
  96. ^ ab Lee, Changgu; Wei, Xiaoding; Kysar, Jeffrey W.; Hone, James (2008-07-18). «Измерение упругих свойств и внутренней прочности монослойного графена». Science . 321 (5887): 385–388. Bibcode :2008Sci...321..385L. doi :10.1126/science.1157996. ISSN  0036-8075. PMID  18635798. S2CID  206512830.
  97. ^ Цзян, Цзинь-Ву; Парк, Гарольд С. (18 августа 2014 г.). «Отрицательный коэффициент Пуассона в однослойном черном фосфоре». Nature Communications . 5 (1): 4727. arXiv : 1403.4326 . Bibcode :2014NatCo...5.4727J. doi :10.1038/ncomms5727. ISSN  2041-1723. PMID  25131569. S2CID  9132961.
  98. ^ Цзян, Цзинь-У; Чан, Тьенчун; Го, Синмин; Парк, Гарольд С. (2016-08-10). «Внутренний отрицательный коэффициент Пуассона для однослойного графена». Nano Letters . 16 (8): 5286–5290. arXiv : 1605.01827 . Bibcode : 2016NanoL..16.5286J. doi : 10.1021/acs.nanolett.6b02538. ISSN  1530-6984. PMID  27408994. S2CID  33516006.
  99. ^ Чжан, Чжухуа; Ян, Ян; Пенев, Евгений С.; Якобсон, Борис И. (март 2017 г.). «Эластичность, гибкость и идеальная прочность борофенов». Advanced Functional Materials . 27 (9): 1605059. arXiv : 1609.07533 . doi : 10.1002/adfm.201605059 . ISSN  1616-301X. S2CID  119199830.
  100. ^ Лю, Сяо; Меткалф, Томас Х.; Робинсон, Джереми Т.; Хьюстон, Брайан Х.; Скарпа, Фабрицио (2012-02-08). «Модуль сдвига монослойного графена, полученного методом химического осаждения из паровой фазы». Nano Letters . 12 (2): 1013–1017. Bibcode : 2012NanoL..12.1013L. doi : 10.1021/nl204196v. ISSN  1530-6984. PMID  22214257.
  101. ^ Мин, К.; Алуру, Н. Р. (2011-01-03). «Механические свойства графена при сдвиговой деформации». Applied Physics Letters . 98 (1): 013113. Bibcode : 2011ApPhL..98a3113M. doi : 10.1063/1.3534787. ISSN  0003-6951.
  102. ^ Чжан, Пэн; Ма, Лулу; Фан, Фейфей; Цзэн, Чжи; Пэн, Ченг; Лойя, Филипп Э.; Лю, Чжэн; Гонг, Ёнджи; Чжан, Цзяннань; Чжан, Синсян; Аджаян, Пуликель М. (29 апреля 2014 г.). «Вязкость разрушения графена». Природные коммуникации . 5 (1): 3782. Бибкод : 2014NatCo...5.3782Z. дои : 10.1038/ncomms4782 . ISSN  2041-1723. ПМИД  24777167.
  103. ^ Лю, Нин; Хун, Цзяванг; Пидапарти, Рамана; Ван, Сяньцяо (2016-03-03). «Формы разрушения и скорость высвобождения энергии фосфорена». Nanoscale . 8 (10): 5728–5736. Bibcode : 2016Nanos...8.5728L. doi : 10.1039/C5NR08682E. ISSN  2040-3372. PMID  26902970.
  104. ^ Керативитаянан, П.; Карроу, Дж. К.; Гахарвар, АК (26 мая 2015 г.). «Наноматериалы для инженерных реакций стволовых клеток». Advanced Healthcare Materials . 4 (11): 1600–27. doi :10.1002/adhm.201500272. PMID  26010739. S2CID  21582516.
  105. ^ Хуан, X; Тан, C; Инь, Z; Чжан, H (9 апреля 2014 г.). «Статья к 25-летию: гибридные наноструктуры на основе двумерных наноматериалов». Advanced Materials . 26 (14): 2185–204. Bibcode :2014AdM....26.2185H. doi :10.1002/adma.201304964. PMID  24615947. S2CID  196924648.
  106. ^ Карроу, Джеймс К.; Гахарвар, Акхилеш К. (февраль 2015 г.). «Биоинспирированные полимерные нанокомпозиты для регенеративной медицины». Macromolecular Chemistry and Physics . 216 (3): 248–264. doi :10.1002/macp.201400427.
  107. ^ Nandwana, Dinkar; Ertekin, Elif (21 июня 2015 г.). «Несоответствие решеток вызвало рябь и морщины в планарных сверхрешетках графена/нитрида бора». Journal of Applied Physics . 117 (234304): 234304. arXiv : 1504.02929 . Bibcode :2015JAP...117w4304N. doi :10.1063/1.4922504. S2CID  119251606.
  108. ^ Gaharwar, AK; Peppas, NA; Khademhosseini, A (март 2014 г.). «Нанокомпозитные гидрогели для биомедицинских применений». Биотехнология и биоинженерия . 111 (3): 441–53. doi :10.1002/bit.25160. PMC 3924876. PMID 24264728  . 
  109. ^ Filipovic, L; Selberherr, S (октябрь 2022 г.). «Применение двумерных материалов для газовых сенсоров с интегрированной КМОП-структурой». Nanomaterials . 12 (20): 3651(1–60). doi : 10.3390/nano12203651 . PMC 9611560 . PMID  36296844. 
  110. ^ Goenka, S; Sant, V; Sant, S (10 января 2014 г.). «Наноматериалы на основе графена для доставки лекарств и тканевой инженерии». Journal of Controlled Release . 173 : 75–88. doi :10.1016/j.jconrel.2013.10.017. PMID  24161530.
  111. ^ Гахарвар, АК; и др. (2013). Наноматериалы в тканевой инженерии: изготовление и применение . Оксфорд: Woodhead Publishing. ISBN 978-0-85709-596-1.

Внешние ссылки

Дополнительное чтение