摘要：中国科学家开发了一种“vdW挤压”方法来生产超薄二维金属，在增强稳定性和导电性的同时实现了原子尺度的厚度。

中国科学家开发了一种“vdW挤压”方法来生产超薄二维金属，在增强稳定性和导电性的同时实现了原子尺度的厚度。

自2004年发现石墨烯以来，材料科学对二维材料的研究加速了。石墨烯是由碳原子组成的二维薄片，其排列方式是每个碳原子与另外三个碳原子相连。

如今，人们正在研究几种用于各种目的的二维材料，如用于储能的MXenes。

大多数现有的二维材料以层状结构形式存在，称为范德华（vdW）层状晶体结构。虽然这些材料具有许多有趣的特性，但科学家们一直想探测薄的二维金属。

现在，中国科学院物理研究所（IOP）的研究人员已经开发出一种用于开发二维金属的新制造技术。

这种方法被称为“vdW挤压”，是一种方便和通用的制造技术，使研究人员能够在埃厚度限制内（即原子尺度）制造金属层。

2D薄金属的挑战

在处理二维材料时最常见的vdW结构是指像石墨烯这样的材料片堆叠在一起。原子之间的相互作用在层内很强，但在层间很弱，这取决于vdW力，这是一种弱力。

这种安排使得将这些材料分离成极薄的层或片成为可能，类似于从一叠便利贴上剥下一层或片。

然而，在金属的情况下，层间的相互作用同样强烈，这意味着分离层要困难得多。此外，金属原子自然倾向于聚集，这就是为什么单层金属原子不稳定且易反应的原因。

由于这些挑战，传统的方法，如用于石墨的方法 —— 获得薄的二维材料（石墨烯） —— 不能用于金属。

这一障碍隐藏了一整类等待研究和用于各种科学和技术应用的材料。

解决方案

由中国研究人员开发的vdW挤压方法包括熔化纯金属，然后将它们压缩在两个难以置信的刚性原子平面之间。

这些表面作为高精度的砧，确保金属形成均匀，而他们的硬度允许应用所需的高压达到最小的厚度。

金属形成后，铁砧作为保护层，封装二维金属，防止其暴露在环境中氧化或降解。

研究人员利用他们的技术成功地生产了各种金属的二维薄片，包括铋、锡、铅、铟和镓。这些金属薄片的厚度在6到9埃之间，高度在2到3个原子之间。

特别是，与天然的大块形式相比，铋片显示出优异的物理性能，包括显著增强的导电性。

在一份新闻稿中，该研究的合著者，来自IOP的张光宇教授提到，他们的方法也可以用于无定形（那些没有晶体结构的）和其他二维非vdW化合物。

用途广泛，精度高

这种方法因其通用性而脱颖而出。通过控制挤压精度，可以用原子精度控制二维金属的厚度，也就是说材料可以是单层，双层或三层。

使该方法脱颖而出的另一个特点是稳定性。研究人员发现，通过将二维金属完全封装在保护层（铁砧）之间，它们在正常环境条件下保持稳定。

这对2D薄材料来说是一个重大挑战，因为它们在暴露于空气和水分时会迅速降解。

虽然我们不能肯定地说这带来了什么样的进步，但vdW挤压方法确实为研究薄2D金属的层依赖特性提供了一个机会，这是我们以前没有接触过的。

这项研究发表在《自然杂志》上。

来源：知新了了