所以科学家们正在研究其他“梦幻材料”,如以过渡金属硫化物MoS2为代表的二维材料,和半金属石墨烯不一样,MoS2因为其有约1。9eV的带隙值和较高的稳定性使得MoS2在电子行业有着杰出的贡献。但是,Tomanek则认为,二硫化钼的电子迁移速度依然不够高,很难在竞争激烈的电子市场中占上风。这是由于这种材料的结构特性导致的,电子在二硫化钼内部移动时,遇到较大的原子后会在其结构内部发生弹离,然后降低迁移速率[5],所以目前对于MoS2的研究还处在初级阶段。现在又有一种新型的二维材料---黑磷,被认为能弥补石墨烯的一些缺点。2014年初,复旦大学张远波教授课题组与中科院陈仙辉课题研究组[6]共同研讨,发现了能够代替石墨烯的材料,就是黒磷,并成功地制备出了二维黑磷场效应晶体管(BP-FET),这个研究成果对未来电子技术的发展具有深远的影响。黒磷具有非常好的半导体性质和良好的电子迁移率,但是二维黑磷单晶体在空气中不稳定,而且样品的合成十分困难。所以南京理工大学纳米光电材料研究所曾海波课题组与美国University of Puerto Rico陈中方教授、南京师范大学李亚飞教授共同互助研发,制备出了高稳定性、宽带隙的新型二维单元素半导体——几层锑烯,锑的层状块材是典型的半金属,二维材料锑烯的稳定性非常引人注目,同时也揭示了具有重要应用远景的电子结构转变[7]。
1。1二维材料的发展
二维材料的发展最开始于2004年石墨烯的发现,虽然石墨烯有一系列吸引人眼球的优点,然而石墨烯没有带隙,这就严重影响了石墨烯在电子、光电子器件中的应用。所以为了克服石墨烯的这些缺点以获得性能更加优异的半导体材料,科学家们一直在研究新型的二维材料,迄今为止已经发现的具有代表性的新型二维材料有二硫化钼、黒磷和锑烯,其中,锑烯被预测为能替代石墨烯最好的二维材料。
1。1。1 石墨烯
石墨烯——石墨的极限形式。拥有特殊的单原子层二维晶体结构,2004年第一次由英国曼彻斯特大学的两位科学家:安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖罗夫(Konstantin Novoselov)从石墨中成功地分离出石墨烯来[8]。
石墨烯的基本结构单元是最稳定的六元环苯,它是由碳原子以sp2杂化的方式连接的单原子层构成的,其理论厚度为0。35 nm,是现在所发现的最薄的二维层状材料[2]。石墨烯是组成其它石墨材料的最小单元,可以弯曲成零维的富勒烯、一维的CNTs和堆垛成三维的石墨。石墨烯不仅是最薄的材料,也是强度最好的材料,比最好的钢筋材料还要高200倍。而且它又有很好的弹性,能拉伸到自身尺寸的20%。石墨烯的这些优质性能引起科技界新一轮的“碳”研究高潮,以及有许多文章从各种方面报道了石墨烯的性质。
现在关于石墨烯的制备手段非常丰富,主要分物理方法和化学方法两类,以下对各种制备石墨烯的方法简单的介绍一下。
机械剥离法:石墨烯最初是使用机械剥离法制得的,具体方法是用氧等离子束在热解石墨表面刻蚀出宽20μm-2mm、深5μm的槽面,并将其粘附在涂了光致抗蚀剂的Si02/Si衬底上,烧制后,用透明胶带一直粘出石墨片,将剩下的石墨片泡在丙酮中,然后在充足的水与丙醇中超声洗濯,除去大部分石墨片层后就能得到厚度小于10nm的片层 [9]。该方法操作简便,能够获得横向尺寸为微米尺寸的石墨烯片,然而很难得到单层石墨烯片,产率也很低,因此,不适用于大规模的生产及应用。
氧化还原法:多年以来,许多人不停地探索新的方法来提高石墨烯的产量,其中氧化还原法因为其稳定性而被人们普遍采用。这种方法要首先制备出氧化石墨[10],具体方法是将石墨粉加入到强氧化性混合酸中,再加入高锰酸钾等强氧化剂就能制得氧化石墨,通过超声处理之后得到氧化石墨烯,最后用还原法获得石墨烯[11]。此方法产量高,但是获得的石墨烯质量较低。