作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 该图显示了新涂层材料分子结构的侧面视图
被涂覆的薄层材料在底部显示为紫色，周围的空气在顶部显示为氧气和水的散射分子
中间的黑暗层是保护材料，允许一些氧气(红色)通过，在下面形成氧化层，提供额外的保护
学分:麻省理工学院 许多在光学、电子或光电子应用中具有良好性能的二维材料由于暴露在氧气和水蒸气中会迅速降解而受到阻碍
迄今为止开发的保护涂层已被证明是昂贵和有毒的，并且不能被去除
现在，麻省理工学院和其他地方的一组研究人员已经开发出一种超薄涂层，这种涂层价格低廉，使用简单，并且可以通过使用某些酸来去除
研究人员说，这种新的涂层可以为这些“迷人的”二维材料开辟多种潜在的应用
他们的发现发表在本周的《PNAS》杂志上，论文由麻省理工学院研究生丛肃撰写；居里、孔敬、米尔恰·丁卡和胡觉军教授；以及麻省理工学院、澳大利亚、中国、丹麦、日本和美国的13名学生
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李说，对二维材料的研究是“一个非常活跃的领域”，二维材料形成只有一个或几个原子厚的薄片
由于它们不同寻常的电子和光学性质，这些材料具有很好的应用前景，如高灵敏度的光探测器
但是它们中的许多，包括黑磷和一整类被称为过渡金属二硫化物的材料，在暴露于潮湿空气或各种化学物质时会被腐蚀
它们中的许多在几个小时内就显著退化，排除了它们在现实应用中的有用性
“这是开发这类材料的一个关键问题”，李说
“如果不能在空气中稳定它们，它们的可加工性和实用性就会受到限制
他说，硅成为电子设备中如此普遍的材料的一个原因是，当暴露在空气中时，它会自然地在其表面形成二氧化硅保护层，防止表面进一步退化
但对于这些原子级的薄材料来说，这就更困难了，因为它们的总厚度甚至可能小于二氧化硅保护层
人们曾试图给各种二维材料涂上一层保护屏障，但至今仍有严重的局限性
大多数涂层比二维材料本身厚得多
大多数也非常脆，容易形成裂缝，让腐蚀的液体或蒸汽通过，许多还相当有毒，造成处理和处置的问题
研究人员说，这种新的涂层基于一系列被称为线性烷基胺的化合物，改善了这些缺点
这种材料可以应用于超薄层，厚度只有1纳米(十亿分之一米)，在应用后进一步加热材料可以愈合微小的裂缝，形成一个连续的屏障
该涂层不仅不渗透各种液体和溶剂，而且能显著阻挡氧气的渗透
而且，如果某些有机酸需要，它可以在以后被去除
“这是一种独特的方法”来保护薄的原子层，李说，这产生了一个单分子厚度的额外层，称为单层，提供了非常持久的保护
“这使这种材料的寿命延长了100倍，”他说，将其中一些材料的可加工性和可用性从几个小时延长到几个月
他补充说，这种涂料“非常便宜，易于使用”
除了对这些涂层的分子行为进行理论建模之外，该团队还用新涂层保护的TMD材料薄片制作了一个工作光电探测器，作为概念证明
涂层材料是疏水性的，这意味着它强烈排斥水，否则水会扩散到涂层中并溶解掉涂层中自然形成的保护性氧化层，导致快速腐蚀
苏解释说，涂层的应用是一个非常简单的过程
将二维材料简单地放入液态己胺(一种线性烷基胺的形式)浴中，在130摄氏度的温度和常压下，约20分钟后形成保护涂层
然后，为了产生光滑、无裂纹的表面，将材料在相同己胺的蒸汽中再浸泡20分钟
“你只要把晶片放入这种液态化学物质中，然后让它加热，”苏说
“基本上，就是这样
“涂层”相当稳定，但它可以被某些非常特殊的有机酸去除
" 这种涂层的使用可以为有前途的二维材料的研究开辟新的领域，包括三甲基二硅氧烷和黑磷，但也可能包括硅烯、甾烷和其他相关材料
因为在所有这些材料中，黑磷是最脆弱和最容易降解的，这就是研究小组最初的概念证明
苏说，新的涂层可以提供一种克服“使用这些迷人的二维材料的第一个障碍”的方法
“实际上，你需要在处理过程中处理降解，然后才能将它们用于任何应用，”他说，这一步现在已经完成
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