由美國(guó)麻省理工學(xué)院和其他著名科研院所組成的研究團(tuán)隊(duì)近期研發(fā)了一種新型超薄涂層，該涂層在各種高科技二維材料上具有廣泛的應(yīng)用潛力，價(jià)格不貴、易施工，而且可以根據(jù)需要采用有機(jī)酸剝離該涂層。

　　光學(xué)和電子領(lǐng)域的二維材料

　　二維材料可在光學(xué)、電子或光電應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮其優(yōu)異的特性，但由于其遇氧氣和水汽時(shí)會(huì)發(fā)生急速降解，使其應(yīng)用受到極大限制。而之前研發(fā)出來(lái)的防護(hù)涂層既貴又有毒性，且不易被剝離去除。

　　二維材料形成的薄片僅有1個(gè)或幾個(gè)原子的厚度，且由于二維材料具有獨(dú)特的電子和光學(xué)特性，其應(yīng)用前景廣闊，例如高靈敏度的光感探測(cè)器。但是，當(dāng)暴露于潮濕空氣或各種化學(xué)品環(huán)境中時(shí)，大多數(shù)二維材料包括黑磷以及硫族過(guò)渡金屬材料都會(huì)發(fā)生腐蝕。甚至在短短幾小時(shí)內(nèi)就發(fā)生明顯的性能失效，這導(dǎo)致二維材料在實(shí)際應(yīng)用中受到很大的限制。

　　二維材料的防護(hù)

　　研究人員指出，“為二維材料研發(fā)一種防護(hù)層是關(guān)鍵的課題，如果不能在空氣中使二維材料穩(wěn)定，對(duì)它們的利用就會(huì)受到限制?！惫柙陔娮釉O(shè)備中是一種應(yīng)用很普遍的材料，之所以如此，是因?yàn)楣璞┞队诳諝猸h(huán)境中時(shí)，其表面會(huì)自然生成一種二氧化硅保護(hù)層，防止其表面進(jìn)一步受損。但是對(duì)于那些超薄二維材料而言，難度要大得多。

　　曾嘗試用防護(hù)涂層來(lái)涂覆各種二維材料，但是到目前為止，進(jìn)展不大。大多數(shù)防護(hù)涂層比二維材料本身要厚得多，而且也非常脆，容易產(chǎn)生裂紋，腐蝕性液體或氣體能從中滲透。另外，這些防護(hù)涂層大多數(shù)毒性大，在工藝上不好處理。

　　新型涂層：線性烷基胺的出現(xiàn)

　　研究人員指出，這種新型涂層是基于一種直鏈烷基胺的化合物，改善了上述缺陷。該涂層材料能以厚度僅為1 nm的超薄層形式進(jìn)行涂覆，并且在涂覆后進(jìn)一步加熱該材料可以修復(fù)微小的裂縫，從而形成連續(xù)的屏蔽層。該涂層不僅能抵御各種液體和溶劑的滲透，還能有效阻止氧氣的滲透。另外，根據(jù)需要，可以采用某類(lèi)有機(jī)酸將該屏蔽層剝離。

　　防腐蝕超薄二維材料

　　研究人員指出，這是保護(hù)超薄二維材料的一種獨(dú)特方法，它會(huì)產(chǎn)生厚度僅為1個(gè)分子厚的屏蔽涂層，即單分子層，而且防護(hù)非常持久。能使二維材料的使用壽命延長(zhǎng)了100倍，從幾個(gè)小時(shí)延長(zhǎng)到 幾個(gè)月。另外，這種涂層不貴、易施工。

　　除了對(duì)這些新型防護(hù)涂層的分子行為進(jìn)行理論模型分析外，研究團(tuán)隊(duì)還將新型涂層對(duì)由過(guò)渡金屬超薄材料制成的光電探測(cè)器進(jìn)行防護(hù)，以此作為驗(yàn)證試驗(yàn)，新型涂層具有超疏水性，能有效抑制水?dāng)U散到涂層中，從而避免水溶解掉涂層中自然形成的保護(hù)性氧化層而消除腐蝕的發(fā)生。

　　新型涂層涂覆工藝簡(jiǎn)單，將二維材料浸入液態(tài)己胺（線性烷基胺的一種形式）中，約20 min后即可在常壓、130℃溫度條件下形成防護(hù)層。然后再浸入氣相己胺中，使防護(hù)層光滑平整無(wú)裂縫。

　　該涂層的應(yīng)用能為二維材料（如硫族過(guò)渡金屬、黑磷，也包括硅及其他相關(guān)材料）開(kāi)辟新的應(yīng)用研究。由于黑磷是所有這些材料中最易受破壞且最容易降解的物質(zhì)，因此該團(tuán)隊(duì)先從黑磷的防護(hù)著手研究。

　　該研究團(tuán)隊(duì)的成員來(lái)自美國(guó)麻省理工學(xué)院的核科學(xué)與工程系、化學(xué)系、材料科學(xué)與工程系、電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系以及電子研究實(shí)驗(yàn)室；澳大利亞國(guó)立大學(xué)；中國(guó)科學(xué)院大學(xué)；丹麥奧爾胡斯大學(xué)；英國(guó)牛津大學(xué)；日本信州大學(xué)。

更新日期：2019-12-30

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