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(yōu)于石墨烯，有望用于研制透明導體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學催化劑等諸多領域。新研究發(fā)表在最新一期《美國化學會志》上。

電子晶體屬于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(zhì)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(xiàn)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(fā)生化學反應，只能在真空中才能穩(wěn)定存在并保持其強導電性，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(wěn)定懸浮一個月之久仍能維持很好的電學特性?！拔覀兛朔穗娮泳w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(huán)境下，2D電子晶體能長時間保持結構和性能穩(wěn)定?！蔽謧惤忉屨f。

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?shù)膶щ娦?；透明度也很高?0納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達到97%；其表面結也達到現(xiàn)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(fā)高透明性導電薄膜；沃倫還在與本田公司合作，用這類新材料研制高級電池。

沃倫表示，他們會繼續(xù)開發(fā)電子晶體的應用潛力，并解決實用過程中的各種挑戰(zhàn)，比如尋找合適涂層，讓電子晶體在空氣中也能保持穩(wěn)定。