納米新材料導電性「秒殺」石墨烯

據物理學家組織網1月11日報道，美國研究人員首次合成出層狀2D結構的電子晶體，從而將這一新興材料帶入納米材料「陣營」。研究人員表示，合成層狀電子晶體導電性能甚至優於石墨烯，有望用於研製透明導體、電池電極、電子發射裝置以及化學催化劑等諸多領域。新研究發表在最新一期《美國化學會志》上。

電子晶體屬於由正負離子組成的離子化合物，但其負電「離子」完全由電子取代，這些電子質量很小且不會呆在某個固定位置，而是到處游離，偶爾與其他電子交換位置，行為表現更像電子氣體。這種特性賦予電子晶體高度電子移動和快速導電等性能。但科學家們通過理論推測認為，2D電子晶體容易與空氣和水發生化學反應，只能在真空中才能穩定存在並保持其強導電性，因此很難在實驗室合成。

在新研究中，北卡羅萊納大學教堂山分校應用物理和化學副教授斯科特·沃倫帶領團隊，用氮化二鈣分子合成出只有幾個納米薄的2D單層電子晶體，還利用液體剝離技術設法讓大量納米單層電子晶體懸浮在溶液中，其中一種溶劑甚至能讓氮化二鈣納米單層穩定懸浮一個月之久仍能維持很好的電學特性。「我們克服了電子晶體從多層結構過渡到單層結構的技術難點，證明在合適的化學環境下，2D電子晶體能長時間保持結構和性能穩定。」沃倫解釋說。

沃倫團隊還通過實驗證明，新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當的導電性；透明度也很高，10納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達到97%；其表面結也達到現有電子晶體中最高值。研究人員表示，這些特性將導致新材料在諸多領域的應用，比如開發高透明性導電薄膜；沃倫還在與本田公司合作，用這類新材料研製高級電池。

沃倫表示，他們會繼續開發電子晶體的應用潛力，並解決實用過程中的各種挑戰，比如尋找合適塗層，讓電子晶體在空氣中也能保持穩定。

總編輯圈點

電子晶體自帶特殊「光環」，如果能製備出二維片層材料，將具有金屬特性和光響應性等諸多特點。2013年，日本科學家就預測氮化二鈣二維材料即將問世，不過一直沒能合成出來。現今，這種帶著極高的透光率和極低的電阻的材料終於出現，其既是物理學領域的卓越成就，也彰顯出了化學的力量。（記者聶翠蓉）