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    二维晶体纤维的机遇与挑战

    2021-09-15 11:57

    二维晶体纤维是一种新型的具有原子厚度和纳米或亚微米横向尺寸的纳米材料,二维晶体纤维的出现对材料研究具有重要意义。理论上,单层原子是物理学家研究物质结构和性质的重要模型,而二维晶体的出现使这一模型从理论走向现实,许多理论推导也得到了验证,打破了传统的二维晶体纤维在现实中不可能存在的理论,在物理学界引起了很大反响。就应用价值而言,这种原子厚度和二维结构使其性能优于相应的块体材料。比如二维石墨烯具有量子霍尔效应,优异的光学性能和高比表面积,这是石墨所不具备的。同时它还表现出超高的室温载流子迁移率和高热导率等优越性能,因此二维晶体纤维的出现引起了能源材料、光电器件、催化剂和生物材料等实际科学领域研究者的广泛关注。但在实际应用中,由于二维晶体纤维是无法区分的纳米材料,直接构建器件比较困难,往往需要组装成宏观材料。

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    纤维是一种极好的二维晶体纤维基宏观材料:

    1、与其他二维晶体基宏观材料相比,纤维具有更大的表面积和更小的截面尺寸,这使得物质更容易进入二维晶体基纤维并与内部二维晶体相互作用,这对其在催化、吸附和电极领域的应用性能有很大影响。

    2、二维晶体基纤维具有柔性和可加工性,与二维晶体的重要潜在应用领域高度匹配,是电子器件的发展方向。因此,二维晶体基纤维的制备和应用成为二维晶体发展的重要方向。

    二维晶体纤维的价值很大程度上取决于它们的应用潜力,纤维是二维晶体应用的重要形式,二维晶体纤维的研究还处于起步阶段。目前制备二维晶体纤维面临两大挑战:如何选择合适的二维晶体进行纺丝?如何确定二维晶体合适的自旋参数?要实现其他二维晶体基纤维的发展,我们应该致力于以下几个方面:

    1、对现有二维晶体的独特性质进行更深入系统的研究,探索提高二维晶体结构在大气环境中稳定性的途径,绘制二维晶体的基因组,实现大规模制备宏观纤维制备所需的二维晶体及其分散体。

    2、建立适用于二维晶体分散的纺丝理论体系,有利于确定二维晶体分散的凝固浴类型、纺丝条件、浓度、凝固浴浓度等一系列参数。

    虽然为许多二维晶体纤维制备纤维还有很长的路要走,但它们的发展前景非常广阔。二维晶体纤维在传感、吸附、催化、电子等领域具有巨大的潜力。它已经体现在可穿戴电子设备中,更重要的是,一旦成功制备出具有半导体特性的二维晶体纤维及其纤维状晶体管,将为制备具有逻辑运算能力的柔性芯片铺平道路。将引领当前的智能可穿戴设备真正走向智能化,以柔性可穿戴半导体芯片为核心,这将彻底改变人类的生活方式。


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