麻省理工科研組研發(fā)出二維材料與新型超薄防護塗層

　　由美國(guó)麻省理工學(xué)院和其他著名科研院所組成(chéng)的研究團隊近期研發(fā)了一種(zhǒng)新型超薄塗層，該塗層在各種(zhǒng)高科技二維材料上具有廣泛的應用潛力，價格不貴、易施工，而且可以根據需要采用有機酸剝離該塗層。

　　光學(xué)和電子領域的二維材料

　　二維材料可在光學(xué)、電子或光電應用領域發(fā)揮其優異的特性，但由于其遇氧氣和水汽時會發(fā)生急速降解，使其應用受到極大限制。而之前研發(fā)出來的防護塗層既貴又有毒性，且不易被(bèi)剝離去除。

　　二維材料形成(chéng)的薄片僅有1個或幾個原子的厚度，且由于二維材料具有獨特的電子和光學(xué)特性，其應用前景廣闊，例如高靈敏度的光感探測器。但是，當暴露于潮濕空氣或各種(zhǒng)化學(xué)品環境中時，大多數二維材料包括黑磷以及硫族過(guò)渡金屬材料都(dōu)會發(fā)生腐蝕。甚至在短短幾小時内就發(fā)生明顯的性能(néng)失效，這(zhè)導緻二維材料在實際應用中受到很大的限制。

　　二維材料的防護

　　研究人員指出，“爲二維材料研發(fā)一種(zhǒng)防護層是關鍵的課題，如果不能(néng)在空氣中使二維材料穩定，對(duì)它們的利用就會受到限制。”矽在電子設備中是一種(zhǒng)應用很普遍的材料，之所以如此，是因爲矽暴露于空氣環境中時，其表面(miàn)會自然生成(chéng)一種(zhǒng)二氧化矽保護層，防止其表面(miàn)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。

　　曾嘗試用防護塗層來塗覆各種(zhǒng)二維材料，但是到目前爲止，進(jìn)展不大。大多數防護塗層比二維材料本身要厚得多，而且也非常脆，容易産生裂紋，腐蝕性液體或氣體能(néng)從中滲透。另外，這(zhè)些防護塗層大多數毒性大，在工藝上不好(hǎo)處理。

　　新型塗層：線性烷基胺的出現

　　研究人員指出，這(zhè)種(zhǒng)新型塗層是基于一種(zhǒng)直鏈烷基胺的化合物，改善了上述缺陷。該塗層材料能(néng)以厚度僅爲1 nm的超薄層形式進(jìn)行塗覆，并且在塗覆後(hòu)進(jìn)一步加熱該材料可以修複微小的裂縫，從而形成(chéng)連續的屏蔽層。該塗層不僅能(néng)抵禦各種(zhǒng)液體和溶劑的滲透，還(hái)能(néng)有效阻止氧氣的滲透。另外，根據需要，可以采用某類有機酸將(jiāng)該屏蔽層剝離。

　　防腐蝕超薄二維材料

　　研究人員指出，這(zhè)是保護超薄二維材料的一種(zhǒng)獨特方法，它會産生厚度僅爲1個分子厚的屏蔽塗層，即單分子層，而且防護非常持久。能(néng)使二維材料的使用壽命延長(cháng)了100倍，從幾個小時延長(cháng)到 幾個月。另外，這(zhè)種(zhǒng)塗層不貴、易施工。

　　除了對(duì)這(zhè)些新型防護塗層的分子行爲進(jìn)行理論模型分析外，研究團隊還(hái)將(jiāng)新型塗層對(duì)由過(guò)渡金屬超薄材料制成(chéng)的光電探測器進(jìn)行防護，以此作爲驗證試驗，新型塗層具有超疏水性，能(néng)有效抑制水擴散到塗層中，從而避免水溶解掉塗層中自然形成(chéng)的保護性氧化層而消除腐蝕的發(fā)生。

　　新型塗層塗覆工藝簡單，將(jiāng)二維材料浸入液态己胺（線性烷基胺的一種(zhǒng)形式）中，約20 min後(hòu)即可在常壓、130℃溫度條件下形成(chéng)防護層。然後(hòu)再浸入氣相己胺中，使防護層光滑平整無裂縫。

　　該塗層的應用能(néng)爲二維材料（如硫族過(guò)渡金屬、黑磷，也包括矽及其他相關材料）開(kāi)辟新的應用研究。由于黑磷是所有這(zhè)些材料中最易受破壞且最容易降解的物質，因此該團隊先從黑磷的防護著(zhe)手研究。

　　該研究團隊的成(chéng)員來自美國(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、電氣工程與計算機科學(xué)系以及電子研究實驗室；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)。