我校机械结构力学及控制国家重点实验室在二维材料研究领域有重大突破

 

    近日，南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室台国安老师在全新的二维硼单层实验与理论方面取得重大突破，相关成果以“Synthesis of Atomically Thin Boron Films on Copper Foils”为题发表在化学与材料等学科的顶级期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. In. Ed., DOI: 10.1002/anie.201509285; German Edition: DOI: 10.1002/ange.201509285，IF=11.3)上。文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201509285/full
   

    自2004年石墨烯被发现以来，由于其显示出优异的电、光、磁、热等多种物理性质，它在电子器件、光电子器件和能量转换器件方面具有重要的应用潜力。但是，石墨烯的带隙为零，严重制约了它在开关和逻辑器件方面的广泛应用。基于此，超越石墨烯的研究便蜂拥而起，科学界迫切需要一种高稳定性的元素半导体二维薄膜来满足研究需要。

 
    硼为碳元素的最近邻元素，其具有许多迷人的物理和化学性质，诸如优越的结构复杂性、超硬性、超导性、热电性和高的化学稳定性。目前已经发现硼元素至少有16种多形体，但这些通常是经过高温高压条件下制备而成的。二维硼单层近年来吸引了理论界广泛的研究兴趣，10年前理论界预测硼单层有可能有类似于石墨烯的结构，但是实验上一直未取得突破，这严重制约了硼二维材料和器件的发展。

    我校机械结构力学及控制国家重点实验室台国安老师在石墨烯、氮化硼实验研究的基础上，经过不断试验，终于在铜箔基底上成功制备出了二维硼单层材料。该单层为一斜方晶系的γ相硼，其空间群为Pnnm，它是由正二十面体B12单元和哑铃状B2单元互联构成的二维单层。该二维单层具有非常吸引人的特征，体现在：一方面，该二维单层为一直接带隙的半导体，具有优良的光吸收和发光性能；另一方面，该二维单层结构完全不同于目前发现的石墨烯、硫化钼、黑磷结构，是一种全新的二维结构，有望展示出迷人的结构-性能依赖性。这些实验和理论研究表明，二维硼单层在光电探测器、LED、激光器以及逻辑器件方面具有重要应用潜力。
 

    该工作在线几天内获得了国际同行的广泛兴趣。受到新加坡国立大学、美国莱斯大学、南开大学等多位著名学者的高度评价。这项工作的发表，有可能掀起二维硼材料实验和理论研究的热潮。也表明我国在二维材料研究工作上，走在了国际前列。
   

    该研究得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、机械结构力学及控制国家重点实验室面上项目、南京航空航天大学青年科学项目以及江苏省高校重点学科项目的资助。