4.1 石墨烯/磷烯 14

4.2 石墨烯/二硫化钼 16

结论 17

参考文献 18

致谢 19

1 引言

近年来，以石墨烯(graphene)、六角氮化硼(BN)、过渡金属硫化物、单层黑磷（磷烯） 等为代表的二维单层蜂窝状结构材料，由于它们独特的电子性质、超高的力学强度和良好 的柔韧性，已成为机电系统和柔性电子器件应用中的重要候选材料，引起了人们的广泛关 注和深入研究。[1,2]

1.1 二维单层材料概述

1.1.1 石墨烯

石墨烯作为碳的二维原子薄膜材料，是一种二维蜂窝状的单层碳原子结构，具有非常 优越的物理性质，比如，电子费米速度为1.6×106m·s-1，电子迁移率为2.0×105 cm2·V-1·s-1， 光吸收值 πα 约2.3%，杨氏模量大于1 TPa 以及抗断强度为42 N·m-1 等等。石墨烯这些优 异的物理性质使得其在超级电容器、晶体管、传感器等方面具有极大的潜在应用价值，引 起了物理、化学、材料以及生物等领域科研工作者极大的兴趣。然而，纯石墨烯是典型的 半金属，固有禁带宽度为零的特性限制了其在很多方面的应用。[3]

石墨烯纳米带 (graphene naoribbon)是按照一定方向切割成浅条带状的石墨烯。这样做 的动机，是为了在金属性的石墨带结构上打开带隙，使其导电性质可以由外界调控。石墨 烯纳米带的性质与切割的方向有很大关系。其机理是不同的切割方向会形成不同的边界 态，而边界态是构成 HOMO 与 LUMO 的关键部分，对材料的导电性能有关键的影响。以

（a）以石墨烯为构造单元，构建出 C60 分子、碳纳米管、石墨（从左到右）；（b）石墨烯的蜂 窝状晶格结构；（c）石墨的实际形貌。[2]

石墨烯纳米带为基本构造单元，人们已经成功制备出许多基于石墨烯的功能器件。随着实 验技术的进步，目前已有刻蚀、切割、底层化学控制、碳纳米管解离等多种方法制备石墨 烯纳米带，不仅宽度可以达到几个纳米，甚至能够实现尺寸和边缘的可调、可控。考虑到 石墨烯纳米带在机电器件中的应用前景，应变（或形变）对纳米带电子性质的影响成为了 最近理论和实验研究的热点。诸如拉伸、弯曲、折叠、粗化和扭曲等各种形变下的石墨烯 纳米带都引起了广泛关注。

1.1.2 六角氮化硼

六角氮化硼属于六方晶系，是最普遍的氮化硼变体，类似于石墨的层状结构，通常为 块体或白色粉末状。其层内由 B 原子和 N 原子交替排列组成无限延伸的六角网格，层间 则按 ABABAB…方式交替排列(具体结构如下图 1)。因此在层内存在很强的 B-N 共价键， 而层与层之间则靠较弱的范德华力相结合。

2005 年，石墨烯发现者 Geim 等人采用机械剥离法成功制备出孤立的二维六角氮化硼 片，这使得对二维六角氮化硼薄片的广泛研究更具有实际意义。Zettl 等人在 SiO2 衬底上 或者自由悬浮状态下成功合成多层氮化硼片，并且预示了单原子薄膜片也可合成，从而更 加深刻地揭示了二维氮化硼的物理性质。六角氮化硼被称为“白石墨”，虽然石墨烯和六角 氮化硼片有相似的几何结构，但他们却表现出不同的特性。比如：和石墨烯不同，六角氮 化硼片在温度大于 1000K 的时候依旧很稳定；石墨烯已知是金属性的，但六角氮化硼片却 是宽带隙半导体。此外，六角氮化硼片它具有优良的润滑性；另外它还具有高的化学稳定 性、优秀的高温抗氧化性、优良的导热性、良好的中子吸收性能以及良好的透波性能等， 因此在机械、冶金、电子、航空航天等高科技领域具有广泛的应用。[4]