【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】8月7日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心先進(jìn)炭材料研究部在新型二維材料方面的進(jìn)展，以Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi2N4 materials為題，在線發(fā)表在Science上。
 

　　以石墨烯為代表的二維范德華層狀材料具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性質(zhì)，在電子、光電子、能源、環(huán)境、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，廣泛研究的二維層狀材料，如石墨烯、氮化硼、過(guò)渡金屬硫族化合物、黑磷烯等，均存在已知的三維母體材料。探索不存在已知三維母體材料的二維層狀材料，可拓展二維材料的物性和應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。
 

　　2015年，沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心任文才、成會(huì)明團(tuán)隊(duì)發(fā)明雙金屬基底化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，制備出多種不同結(jié)構(gòu)的非層狀二維過(guò)渡金屬碳化物晶體，如正交Mo2C、六方WC和立方TaC，并發(fā)現(xiàn)超薄Mo2C為二維超導(dǎo)體(Nature Materials, 2015)。然而，受表面能約束，富含表面懸鍵的非層狀材料傾向于島狀生長(zhǎng)，難以得到厚度均一的單層材料。
 

　　該團(tuán)隊(duì)近日研究發(fā)現(xiàn)，在CVD生長(zhǎng)非層狀二維氮化鉬的過(guò)程中，引入硅元素可以鈍化其表面懸鍵，從而制備出一種不存在已知母體材料的全新的二維范德華層狀材料MoSi2N4，并獲得厘米級(jí)單層薄膜。單層MoSi2N4包含N-Si-N-Mo-N-Si-N 7個(gè)原子層，可以看成是由兩個(gè)Si-N層夾持單層MoN(N-Mo-N)構(gòu)成。采用類(lèi)似方法，還制備出單層WSi2N4。
 

　　在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)與金屬所陳星秋研究組、孫東明研究組合作，發(fā)現(xiàn)單層MoSi2N4具有半導(dǎo)體性質(zhì)(帶隙約1.94 eV)和優(yōu)于MoS2的理論載流子遷移率，并表現(xiàn)出優(yōu)于MoS2等單層半導(dǎo)體材料的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性；通過(guò)理論計(jì)算預(yù)測(cè)出十多種與單層MoSi2N4具有相同結(jié)構(gòu)的二維層狀材料，包含不同帶隙的半導(dǎo)體、金屬和磁性半金屬等。
 

　　該研究開(kāi)拓了全新的二維層狀MoSi2N4材料家族，拓展了二維材料的物性和應(yīng)用，并開(kāi)辟了制備全新二維范德華層狀材料的研究方向，為獲得更多新型二維材料提供了新思路。
 

　　研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青年科學(xué)基金、重大項(xiàng)目，中科院從0到1原始創(chuàng)新項(xiàng)目、戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)，以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助。