二维材料的种类(典型的二维材料有哪些)

2004年，石墨烯进入大众视野。由于其独特的二维平面结构和超大的比表面积，表现出各种优异的性能，使得解决许多领域难以突破的问题成为可能。它被认为是二维材料研究进展的开端，引发了无数研究者对二维材料的探索。然后又发展了其他性能优异的二维材料，如六方氮化硼、MXenes、过渡金属二硫化物、黑磷、过渡金属碳化物等。它们的性质也是通过上一层楼：(1)它们是由于量子限制效应，表现出前所未有的电子和光学性质；(2)与三维块体材料相比，二维材料表面一般没有悬挂键，具有刚性结构，可以通过直接转移或生长与具有光学微腔等功能结构的晶体集成；(3)它们之间的范德华相互作用使得构筑垂直异质结成为可能，可以解决晶格失配问题；(4)许多二维半导体材料的厚度是原子级的，但不影响光与物质的强相互作用。从石墨烯开始，二维材料现在已经成为一个成员众多、门类繁多的大家族。它们涵盖了从导体、半导体、超导体到绝缘体的各种类型。从最初的输运性质，到光电器件、自旋电子器件，再到后来的光/电催化剂、锂电池、太阳能电池、超级电容器等。二维材料已经渗透到许多现有的研究领域，甚至开辟了一些新的领域，有望在下一代信息传输器件和储能器件中得到广泛应用。二维材料的分类1。石墨烯石墨烯是由sp2杂化轨道中的碳原子组成的二维纳米材料，可以是单层、双层、多层。2004年，通过机械剥离获得，具有优异的机械、电学和热学性能，是最具吸引力的材料之一。作为二维材料的开端，其结构极其简单。从大块石墨剥离的片状样品仅仅是以六个碳为顶点的平面六方结构。在其应用领域，广泛应用于电学和光学器件，具有巨大的开发潜力。在电学性能上，属于半金属状态，具有超高的电荷迁移率、高热导率和高透光率。在光学性质上，石墨烯虽然很薄，但却能在很宽的波长范围内实现优异的光吸收率，层数越多吸收率越高。它在蓄电池、光电探测器、光伏和发光等领域发挥着重要作用。
图一。石墨烯的结构
2.过渡金属硫化物过渡金属硫化物(TMDs)是一种二维材料，在石墨烯之前就存在了。凭借石墨烯的良好性能，TMDs再次引起了研究者的关注。其结构类似于石墨烯，常见的结构是由过渡金属M和硫属元素X组成的MX2，结构可变可调。因此，它的许多材料也具有更广泛的良好性能，并“超越”石墨烯。
图二。示意图2。TMDs结构
3.黑磷，BP)黑磷因其优异的变温超导性首次投入使用。随着2014年单层黑磷的成功制备，因其类石墨烯结构重新进入研究二维材料的研究者视野。它的晶体结构是由磷原子组成的六方结构，是单层，各层之间通过范德华效应相互耦合。但原子并不都位于同一平面，它们的排列类似于TMDs的交错排列，具有方向性，即扶手椅方向和之字形方向。然而，它们之间存在差异。TMDs的两个方向都在平面内，所以黑磷的排列是垂直于平面的。因此，晶格的对称性被破坏，并产生各种各向异性。
图3。BP的结构图
4.六方氮化硼(h-BN)六方氮化硼(h-BN)，硼和氮与碳相邻，所以某些特性与碳相似。六方氮化硼的结构类似于层状石墨，因此也被称为“白色石墨烯”。与石墨烯相比
5.MXeneMXene是一种新型二维材料，由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成，具有几个原子层厚度。MX通常由MAX相(MAX的通式为Mn 1AXn，其中n=1-3)的元素刻蚀合成，M代表Sc、Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo等早期过渡金属。a通常代表第三和第四主族的化学元素；x代表c或n元素。
图5。MAX-Ti3AlC2结构图