九州大学
通过堆叠不同的2D材料层，现在有可能创造2
具有独特物理性能的5D材料，可用于太阳能电池、量子器件和能耗极低的器件
信用:STAM 科学家正在探索人工堆叠二维(2D)材料的新方法，引入所谓的2
具有独特物理性能的5D材料
日本研究人员综述了2的最新进展和应用
《先进材料科学与技术》杂志上的5D材料
“2号
日本九州大学的纳米材料科学家和主要作者Hiroki Ago解释说:“5D概念象征着摆脱2D材料研究中通常使用的成分、材料、角度和空间。”
2D材料，如石墨烯，由单层原子组成，用于柔性触摸屏、集成电路和传感器等应用中
最近，已经引入了新的方法，使得可以垂直地、在平面内或以扭曲的角度人工堆叠2D材料，而不管它们的组成和结构
这要归功于控制范德瓦尔斯力的能力:原子和分子之间微弱的电相互作用，类似于超细纤维布对灰尘的吸引力
现在也有可能将2D材料与其他维度的材料整合，例如离子、纳米管和大块晶体
制造2的普通方法
5D材料是化学气相沉积(CVD)，在固体表面沉积一层，一次一个原子或分子
常用的积木为2
5D材料包括石墨烯、六方氮化硼(hBN)(一种用于化妆品和航空的化合物)和过渡金属二硫族化物(TMDCs)(一种纳米片半导体)
使用CVD方法，研究人员选择性地合成了双层石墨烯，这是最简单的2
5D材料，使用镍浓度相对较高的铜镍箔作为催化剂
镍使碳高度可溶，使研究人员能够更好地控制石墨烯的层数
当电场垂直施加在石墨烯双层上时，它会打开一个带隙，这意味着它的导电性可以打开和关闭
这是在单层石墨烯中观察不到的现象，因为它没有带隙，并且一直保持开启
通过将堆叠角度倾斜一度，科学家们发现这种材料变成了超导的
类似地，英国和美国的另一个小组发现，石墨烯和hBN层会导致量子霍尔效应，这是一种传导现象，涉及产生电势差的磁场
其他人表明堆叠TMDCs在重叠的晶格模式中捕获激子(电子与束缚态的相关空穴配对)
这可以导致信息存储设备中的应用
新的机器人组装技术也使得建造更复杂的垂直结构成为可能，例如，包括由29层交替的石墨烯和hBN组成的堆叠异质结构
其他研究使用了在2层之间形成的纳米空间
5D材料插入分子和离子，以改善基质材料的电、磁和光学特性
例如，到目前为止，研究人员已经发现，当石墨烯插入其堆叠层之间时，它可以稳定氯化铁，而插入锂离子会导致比石墨更快的扩散速率(分子在一个区域内扩散的速度)，石墨是一种用于电池的电导体
这意味着这种材料可以用于高性能充电电池
此外，研究人员发现，在两个石墨烯片之间插入氯化铝分子会导致新的晶体结构的形成，这种结构与大块氯化铝晶体完全不同
需要更多的研究来了解为什么会发生这种情况，以及它可能有什么应用
“这款新的2有许多探索的机会
5D概念，“阿戈说
2的未来应用
5D材料包括太阳能电池、电池、柔性器件、量子器件和能耗非常低的器件
下一步应该结合机器学习、深度学习和材料信息学，以进一步推进2的设计和合成
5D材料公司
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