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液基直接剥离法制备二维纳米材料

石墨烯具有高的载流子迁移率,良好的导热导电性,超高比表面积,高透光性等优异性能,因而在能源存储,生物传感,光伏转换,电子信息等领域展示出巨大的应用前景。石墨烯的发现极大的带动了类石墨烯二维材料的相关研究。在过去的十年间,多种类石墨材料如氮化硼、过渡金属硫属化物、层状金属氧化物和氢氧化物、过渡金属碳化物和黑磷等相继被报道。与块体层状材料相比,此类二维材料展示出独特的物理化学性质,并在储能,催化,半导体器件等方面得到很好的应用。鉴于二维材料的优异性能和广泛应用前景,如何实现这类材料的批量可控制备已经成为目前该领域亟待解决的难题。

液基直接剥离法制备二维纳米材料


近来,基于实验室在二维材料制备方面做出的进展,香港理工大学纺织与制衣学系纳米科技研究中心的郑子剑教授团队应邀在Wiley的综合期刊Small上发表了综述性文章,总结了近十年来以液相为主要媒介直接剥离制备各种二维纳米材料的重要突破和进展,并对该领域的未来研究进行了分析和展望。文章开篇简述了二维材料的优异性能和制备现状。 二维材料的制备方法主要有自下而上的化学气相沉积法和自上而下的机械剥离法、化学剥离法、液相超声剥离法等。化学气相沉积法通过前驱体在真空高温下反应直接沉积在基底上,虽然制备的产品晶体质量高、厚度可控,但是制备成本较高,在转移时需要刻蚀基底易引入杂质,并且产量较低。机械剥离法同样可以制备出高质量的二维材料,但其低产出率无法满足规模化生产的需求。化学剥离法可以在溶液中大规模制备二维材料,但是氧化还原过程中材料本身易产生缺陷,因而限制了其在电子器件方面的广泛应用。相较于上述方法,液基直接剥离法在此类材料制备方面显示出其独特的优越性,特别是在普适性和规模化方面。该方法是以液体为主要媒介直接剥离块体层状材料的一类方法的统称,包括液相超声、电化学剥离和剪切剥离法。随后根据制备机理的不同详细阐述了各方法在各类液体介质中的剥离情况。最后文章概括了液基直接剥离法的优劣势。该方法的普适性和规模化生产的潜在优势无疑将会进一步为二维材料的广泛应用带来便利。相关结果发表于Small(DOI: 10.1002/smll.201502207)上。




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