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新型机械解理方法在二维材料研究中的应用

许宏 孟蕾 李杨 杨天中 鲍丽宏 刘国东 赵林 刘天生 邢杰 高鸿钧 周兴江 黄元

新型机械解理方法在二维材料研究中的应用

许宏, 孟蕾, 李杨, 杨天中, 鲍丽宏, 刘国东, 赵林, 刘天生, 邢杰, 高鸿钧, 周兴江, 黄元
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  • 自从石墨烯被发现以来,机械解理技术已经成为制备高质量二维材料的重要方法之一,在二维材料本征物性的研究方面展现出了独特的优势.然而传统机械解理方法存在明显的不足,如制备效率低、样品尺寸小等,阻碍了二维材料领域的研究进展.近些年我们在机械解理技术方面取得了一系列的突破,独立发展了一套具有普适性的新型机械解理方法.这种新型机械解理方法的核心在于通过改变解理过程中的多个参数,增强层状材料与基底之间的范德瓦耳斯相互作用,从而提高单层样品的产率和面积.本文着重以石墨烯为例,介绍了该技术的过程和机理.相比于传统机械解理方法,石墨烯的尺寸从微米量级提高到毫米量级,面积提高了十万倍以上,产率大于95%,同时石墨烯依然保持着非常高的质量.这种新型机械解理方法具有良好的普适性,目前已经在包括MoS2,WSe2,MoTe2,Bi2212等几十种材料体系中得到了毫米量级以上的高质量单层样品.更重要的是,在解理过程中,通过调控不同的参数,可以在层状材料中实现一些特殊结构的制备,如气泡、褶皱结构等,为研究这些特殊材料体系提供了重要的物质保障.未来机械解理技术还有很多值得深入研究的科学问题,该技术的突破将会极大地推动二维材料领域的研究进展.
      通信作者: 周兴江, xjzhou@iphy.ac.cn;yhuang876@gmail.com ; 黄元, xjzhou@iphy.ac.cn;yhuang876@gmail.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11874405,61474141,11504439,11104255)和中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.
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    Bunch J S, Verbridge S S, Alden J S, van der Zande A M, Parpia J M, Craighead H G, McEuen P L 2008 Nano Lett. 8 2458

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-01
  • 修回日期:  2018-09-23
  • 刊出日期:  2018-11-05

新型机械解理方法在二维材料研究中的应用

  • 1. 中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190;
  • 2. 中国地质大学(北京)数理学院, 北京 100083;
  • 3. 中央民族大学理学院, 北京 100081;
  • 4. 中北大学环境与安全工程学院, 太原 030051
  • 通信作者: 周兴江, xjzhou@iphy.ac.cn;yhuang876@gmail.com ; 黄元, xjzhou@iphy.ac.cn;yhuang876@gmail.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11874405,61474141,11504439,11104255)和中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.

摘要: 自从石墨烯被发现以来,机械解理技术已经成为制备高质量二维材料的重要方法之一,在二维材料本征物性的研究方面展现出了独特的优势.然而传统机械解理方法存在明显的不足,如制备效率低、样品尺寸小等,阻碍了二维材料领域的研究进展.近些年我们在机械解理技术方面取得了一系列的突破,独立发展了一套具有普适性的新型机械解理方法.这种新型机械解理方法的核心在于通过改变解理过程中的多个参数,增强层状材料与基底之间的范德瓦耳斯相互作用,从而提高单层样品的产率和面积.本文着重以石墨烯为例,介绍了该技术的过程和机理.相比于传统机械解理方法,石墨烯的尺寸从微米量级提高到毫米量级,面积提高了十万倍以上,产率大于95%,同时石墨烯依然保持着非常高的质量.这种新型机械解理方法具有良好的普适性,目前已经在包括MoS2,WSe2,MoTe2,Bi2212等几十种材料体系中得到了毫米量级以上的高质量单层样品.更重要的是,在解理过程中,通过调控不同的参数,可以在层状材料中实现一些特殊结构的制备,如气泡、褶皱结构等,为研究这些特殊材料体系提供了重要的物质保障.未来机械解理技术还有很多值得深入研究的科学问题,该技术的突破将会极大地推动二维材料领域的研究进展.

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