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中国科学家新发现上百种二维金属氢化材料

2019年06月03日 10:55:00 来源: 新华网

  新华网南京6月3日电(记者陈席元)记者3日从南京航空航天大学获悉,该校纳米科学研究所的科研团队新发现了110种二维金属氢化物,具有制造高频电子器件的应用潜力。相关成果近日发表在国际材料化学领域期刊《美国化学学会会刊(JACS)》上。

  据论文共同第一作者、南航大博士周晓成介绍,二维金属氢化物是一类人造二维层状材料,与目前已有的人造二维层状材料不同,二维金属氢化物不易与空气反应,能够稳定存在,便于实验室制备。

  “很多材料具有天然的层状结构,比如石墨就是由蜂窝结构的碳原子单层堆叠而成,将单层碳原子剥离,得到的就是石墨烯。”论文共同通讯作者、南航大纳米科学研究所所长郭万林院士告诉记者,2018年,科学家通过计算,从材料晶体结构数据库中鉴定出1800多种层状材料,它们可以剥离出稳定的二维材料,形成二维材料家族。

  除了具有天然层状结构的材料,科学家发现还可以基于没有天然层状结构的物质制备出二维单层材料,这就是人造二维材料,如硅烯(单层硅原子)、锗烯(单层锗原子)、硼烯(单层硼原子)。“人造二维材料的结构和化学成分可以灵活设计,具有更丰富的性质,是目前国际材料领域的研究热点之一。”郭万林院士说。

  “但现有人造二维材料存在一大缺陷,就是容易和周围环境发生化学反应,而且与衬底粘合过强,会改变自身结构和性质,限制了它们的应用潜力。”论文共同通讯作者、南航大张助华教授说,“氢可与大多数金属元素形成数量庞大、种类繁多的金属氢化物,我们选择二维金属氢化物作为重点进行突破。”

  研究人员通过模型计算,预测了110种二维金属氢化物。这些材料中,氢与金属间形成丰富的多中心化学键,有效钝化了材料表面,因此结构相对稳定,在空气中能够稳定存在。

  “更重要的是,它们具有丰富的物理性质。”张助华告诉记者,研究团队在这类材料中发现了狄拉克锥半金属、节环半金属以及拓扑绝缘体等对称性保护的拓扑电子态,其电子运动速率可趋近光速,具有制造高频电子器件的应用潜力。(完)

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【纠错】 [责任编辑: 王玥 ]
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