诺奖得主，再次在这本国产期刊发表论文！《Nano Materials Science》

纳米人

2022-03-23

NMS专辑：Graphene and 2D Alternative Materials—from preparation to potential applications

内容简介

随着石墨烯的发现，普遍认为获得原子级薄的晶体片是可行的，这一结果打开了通向二维材料的全新材料家族的大门。以石墨烯为代表的二维材料获得了快速的发展，它们显示出新颖和令人兴奋的特性，使得该领域很可能继续成为材料科学和凝聚态物理领域的主要课题之一。在不到20年的时间里，研究人员对二维材料逐层组装的基础理解、材料制备、表征、加工和精确设计方面取得了巨大进步。石墨烯和许多其他相关的 2D 材料已成为一个非常高效的科学领域，具有很高的技术应用潜力，其中一些产品已经问市。本期专辑集合了包括诺奖得主Konstantin Novoselov教授、Andres Castellanos-Gomez教授和Guinea Francisco教授等几位全球高被引学者的最新研究进展。

这一系列文章突出了二维材料领域的许多基本突破、最新发展和未来方向。预计二维材料看似不断增加的新基本特性，以及本文报道的制造和表征技术的进步将引起越来越多的兴趣，并为石墨烯和其他二维材料的理解和应用带来新的机会。

1. 石墨烯和其他二维材料的最新进展

石墨烯是一种排列在一个六边形晶格中的单层碳原子结构。石墨烯作为第一种二维材料，其制备为凝聚态物理和材料领域开辟了新机会。研究表明，制备原子级薄的稳定晶体薄片是有可能的, 它们也开始展现其优越的性能，从而打开了一扇全新的材料家族大门，即二维材料或2D材料。对不同2D材料的巨大兴趣是由它们所表现出的各种特性所激发的，它们是众多应用的候选者。此外，二维晶体的组合允许组装随需应变的复合材料，称为范德华异质结构，即利用这些材料的属性来创造其他无法实现的功能。例如，二维材料的组合可以实现高精度，这为基础物理和新应用领域的研究开辟了机会。在这里，我们回顾了二维材料领域的最新发现，并对该领域的未来提出展望。

本文是2010年诺贝尔物理学奖获得者Konstantin Novoselov教授继2021年在Nano Materials Science合作发表“Graphene film for thermal management: A review”一文之后的又一新作。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965121000209

引用格式：Pablo Ares, Kostya S. Novoselov, Nano Materials Science 1(2022) 3–9.

https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.002

2. 石墨烯和氮化硼基材料非晶相的新特性

本文综述了近年来二维材料的合成和性能的研究进展，这些材料虽然主要具有sp²键合特性，但表现出高度无序、不均匀和结构随机的形态。这类非晶态材料的出现，包括非晶态石墨烯和氮化硼，在用作界面膜时显示出比晶体材料更好的性能。本文讨论了它们的结构、振动和电子性质，并展望了它们在电子领域的应用前景。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965121000143

引用格式：Aleandro Antidormi, Luigi Colombo, Stephan Roche, Nano Materials Science 1(2022) 10–17.

https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.03.003

3. 波纹对石墨烯力学性能的影响

石墨烯是迄今为止已知的最坚硬的材料，但由于其单原子厚度，它也很容易弯曲。因此，独立的石墨烯呈现出波纹状，这对其弹性性能有重大影响。在这里，我们将总结三个实验，其中波纹的影响是解决结果的关键。首先，我们观察到原子空位降低了独立石墨烯的负热膨胀系数(TEC)。我们还观察到杨氏模量随着整体施加应变和引入小密度缺陷而增加，我们将其归因于波纹的减少。在这里，我们将注意到数据中观察到的一个新奇的特征:实验一致表明，只有波长在5到10 nm之间的波纹影响石墨烯的力学。负TEC和异常弹性的涟漪被认为是动态的，即弯曲的声子。然而，具有这些波长的弯曲声子应该对石墨烯的力学有较小的影响，因此必须考虑其他机制来解释我们的观察。我们认为静态波纹是正确理解石墨烯热力学的关键要素之一，并认为波纹是由于对称破缺与非调和波动的竞争而自然产生的。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965121000234

引用格式：Guillermo Lopez-Polin, Cristina Gomez-Navarro, Julio Gomez-Herrero, Nano Materials Science 4 (2022) 18–26.

https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.05.005

4. 扭曲双层石墨烯中的静电相互作用

使用HartreeFock近似描述了扭曲双层石墨烯中长距离静电相互作用的影响。结果表明，带宽和形状与电子填充有显著的相关性，在许多密度下存在破碎的对称相，无论是谷/自旋极化，晶格对称破碎，或两者兼有。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965121000763

引用格式：Tommaso Cea, Pierre A. Pantaleon, Niels R. Walet, Francisco Guinea, Nano Materials Science 1(2022) 27–35.

https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.10.001

5. 基于α-Co^Ⅱ层状氢氧化物的二维多层磁性材料的室温合成

二维材料是材料科学和纳米技术中最活跃的研究领域之一。在二维材料家族中，层状氢氧化物(LHs)由于其特殊的化学多样性，可以随意调节其物理化学性质，是一个特殊的研究案例。目前，基于地球资源丰富金属材料的LHs是能量存储和转换、杂化材料或磁性材料等领域的关键材料。α-Co^Ⅱ氢氧化物 (类氯水锌矿结构)是一种有望通过配体修饰实现电子和磁性可调的相。然而，即使在简单的α-Co^Ⅱ羟基氯化物的情况下，制备定义明确的大型2D晶体也不是简单的，这阻碍了基础研究的发展。在此，我们提出了在室温下通过简单的均匀合成方法合成具有优异尺寸与厚度关系（直径＞5 μm，厚度20±7 nm）的二维六方晶体。在结构方面，我们的层状材料和水热法得到的材料之间没有观察到差别。然而，动态磁化率测量体现了不同排列的磁子晶格，这已被结构DFT计算合理化。本工作为获得基于α-Co^Ⅱ氢氧化物的高质量2D晶体提供了一种极其简单的自下而上的方法，为基础研究和应用的发展铺平了道路。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965120300660

引用格式：Víctor Oestreicher, Christian Dolle, Diego Hunt, Michael Fickert, Gonzalo Abell, Nano Materials Science 1 (2022) 36–43. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2020.12.004

6. 单层MoS₂的双轴与单轴应变调谐

应变工程已经成为一种强大的技术来调整二维半导体的电子和光学特性，如二硫化钼(MoS₂)。虽然一些理论工作预测双轴应变比单轴应变更能有效地调谐MoS₂的能带结构，但文献中仍缺乏直接的实验验证。在这里，我们设计了一个通过弯曲十字形聚合物基板施加双轴应变的简单实验设置。我们利用该装置研究了双轴应变对12个单层MoS₂薄片微分反射光谱的影响，发现在-40 meV/%和-110 meV/%的双轴拉伸速率下，激子特征出现红移。我们还直接比较了双轴应变和单轴应变对同一单层MoS₂的影响，发现双轴应变片系数比单轴应变片系数大2.3倍。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S258996512100012X

引用格式：Felix Carrascoso, Riccardo Frisenda, Andres Castellanos-Gomez, Nano Materials Science 1 (2022) 44–51.

https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.03.001

7. 通过石墨烯、磷烯和石墨烯的范德华和横向异质结构研究场效应器件的第一性原理

二维材料的化学修饰和垂直叠加是一种很有前途的新型纳米电子器件技术。基于二维材料的横向和纵向异质结构，本文提出了场效应器件的密度泛函紧束缚(DFTB)计算方法。该装置由石墨烯片保护的磷烯通道组成，石墨烯片作为触点，通过石墨烯局部加氢将其分为源端和漏端，从而产生绝缘石墨烯。在这种仅由3层组成的器件中，单层石墨烯-石墨烯既可以作为引线又可以作为氧化栅极，同时还可以作为磷光通道的保护层。我们展示了石墨烯/磷烯/石墨烯和石墨烯/磷烯/石墨烯的完美vdW异质结构的肖特基势垒是如何受正常电场的影响的，并对这种器件的电子输运特性进行了表征。最后，我们描述了磷光通道的掺杂和缺陷，这使得在输送方向上密度很高时磷烯能带内的传输成为可能。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965120300672

引用格式：C. Rebolledo Espinoza, D.A. Ryndyk, A. Dianat, R. Gutierrez, G. Cuniberti, Nano Materials Science 1 (2022) 44–51.

https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.03.001

关于NanoMaterials Science

Nano Materials Science于2019年3月创刊出版，由重庆大学主办，香港城市大学吕坚院士任主编，21个国家 117位学者（院士18位）任编委，ScienceDirect全文开放获取，重点报道纳米结构材料和纳米功能材料的制备与加工、微观结构和特性等材料基因表征、材料性能评价及应用，以及纳米器件的设计、制备、加工、评价及应用等方面最新研究成果。

NMS已报道了包括诺贝尔物理学奖得主Konstantin Novoselov院士、吕坚院士、Ruslan Z Valiev院士、卢柯院士、成会明院士、申长雨院士，赵东元院士，段雪院士，侯保荣院士、孙军院士、王琪院士、张立群院士、Oliver G. Schmidt院士、张强教授（清华大学）、郭少军教授（北京大学）、张荻教授（上海交通大学）、刘刚教授（西安交通大学）、彭章泉教授（中科院大连物化所）、刘畅教授（中科院金属所）、胡宁教授、付绍云教授、黄晓旭教授、魏子栋教授、张育新教授（重庆大学）、Vijay Kumar Thakur教授（英国苏格兰乡村学院）、Li Lu教授（新加坡国立大学）、Luyi Sun教授（美国康涅迪格大学）等团队成果，成果被89国家及地区、623种SCIE期刊引用报道，总下载46万余次，CiteScore 14.1，2021年模拟影响因子为10.742，已入选EI、CSCD核心、Scopus、CAS、DOAJ、INSPEC数据库，获评为中国高质量科技期刊分级目录—材料科学综合类T2级、中国高校优秀科技期刊、重庆市高品种科技期刊、重庆市出版专项资助期刊、重庆名刊。