美國研究人員首次合成出層狀2D結(jié)構(gòu)的電子晶體，從而將這一新興材料帶入納米材料“陣營”。研究人員表示，合成層狀電子晶體導(dǎo)電性能甚至優(yōu)于石墨烯，有望用于研制透明導(dǎo)體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學(xué)催化劑等諸多領(lǐng)域。新研究發(fā)表在最新一期《美國化學(xué)會志》上。

電子晶體屬于由正負離子組成的離子化合物，但其負電“離子”完全由電子取代，這些電子質(zhì)量很小且不會呆在某個固定位置，而是到處游離，偶爾與其他電子交換位置，行為表現(xiàn)更像電子氣體。這種特性賦予電子晶體高度電子移動和快速導(dǎo)電等性能。但科學(xué)家們通過理論推測認為，2D電子晶體容易與空氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只能在真空中才能穩(wěn)定存在并保持其強導(dǎo)電性，因此很難在實驗室合成。

在新研究中，北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校應(yīng)用物理和化學(xué)副教授斯科特·沃倫帶領(lǐng)團隊，用氮化二鈣分子合成出只有幾個納米薄的2D單層電子晶體，還利用液體剝離技術(shù)設(shè)法讓大量納米單層電子晶體懸浮在溶液中，其中一種溶劑甚至能讓氮化二鈣納米單層穩(wěn)定懸浮一個月之久仍能維持很好的電學(xué)特性。“我們克服了電子晶體從多層結(jié)構(gòu)過渡到單層結(jié)構(gòu)的技術(shù)難點，證明在合適的化學(xué)環(huán)境下，2D電子晶體能長時間保持結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定。”沃倫解釋說。

沃倫團隊還通過實驗證明，新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當?shù)膶?dǎo)電性；透明度也很高，10納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達到97%；其表面結(jié)也達到現(xiàn)有電子晶體中最高值。研究人員表示，這些特性將導(dǎo)致新材料在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，比如開發(fā)高透明性導(dǎo)電薄膜；沃倫還在與本田公司合作，用這類新材料研制高級電池。

沃倫表示，他們會繼續(xù)開發(fā)電子晶體的應(yīng)用潛力，并解決實用過程中的各種挑戰(zhàn)，比如尋找合適涂層，讓電子晶體在空氣中也能保持穩(wěn)定。