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二维材料最新视觉报道_二维材料是什么(2024年12月全程跟踪)

内容来源：麦吉窗影视所属栏目：热点更新日期：2024-12-01

二维材料

世界青年科学家峰会 | 高超教授受邀担任“2024国际二维材料会议”共同主席

「互联网技术超话」10年前，我在写作《互联网时代的浪漫与痛痒》这本书的时候，开始追问一个问题，中国可不可以绕开光刻机在芯片上弯道或者换道超车？ 1997年，有一位芯片领域的大神预测，50nm将会是摩尔定律的终点。结果现在芯片从50nm发展到眼下的7nm、5nm，甚至的3nm。这位被打脸的大神就是摩尔本人。芯片的空间虽然很窄，但是技术发展的路径依然很宽。未来中国在芯片赛道上，从思维上，可以从以下几个方向思考突围或者换道超车。第一，世界是可以重组的。芯片也可以。现在芯片里的晶体管都是住“平房”，如果做成立体的“楼房”就可节省“土地”了。比如我国基于薄膜晶体管传感器技术研发的X射线探测器芯片，打破“高分辨率与低放射剂量不可兼得”的技术困局，原理就是让像素从“平房”变成了“二层楼房”。第二，换材料。比如，碳纳米管或者石墨烯，这都是二维材料，不是三维材料，传输速度会更快，可以提升芯片性能。第三，电子自旋器件。将自旋属性引入半导体器件中，用电子电荷和自旋共同作为信息的载体。自旋期间，每一个电子天生都会旋转的，要么左旋，要么右旋，而芯片就是由无数个0和1组成的二进制的开关。芯片是要靠电子的流动来运行的，如果我们用电子的左旋或者右旋来代表0和1，那电子就根本不用流动了，原地旋转就可以了。第四，可重构芯片。也就是重新编程，重复使用。它作为一种新型芯片技术，其核心技术在于可配置的计算核心和内存结构，可重构芯片的逻辑构建主要包括硬件描述语言（HDL）设计、配置存储器设计和算法优化等方面。通过软件定义的方式，根据实际需求对芯片的内部结构和功能进行动态调整，从而实现不同的计算任务，这就使得可重构芯片具有极高的适应性和可扩展性。目前作为一种具有巨大潜力的处理器技术，正逐渐改变着互联网技术的格局，将在云计算、边缘计算、物联网、人工智能等领域发挥更大的作用。第五，类脑芯片。2019年11月，中国电子学会发布未来科技（智能制造）十大事件，类脑芯片入选。顾名思义，就是一种高度模拟人脑计算原理的芯片。如果把类脑芯片做得更像人脑，就会被赋予一个新的名字——神经形态计算。人类的思考方法与现在传统的芯片不同，比如人没有单独的存储器，没有动态随机存取存储器，没有哈希层级结构，没有共享存储器等等。“存储”和“处理器”错综复杂地深绕在人脑里，在人脑的结构中是“神经元”形式的存在。在电脑中，以数字化核心相互交流是基于脉冲，这点和人脑传递信息的方式相似。人类便从人脑中得到灵感，从而创造出这样的芯片，来提升性能，成为真正的“人工智能”，甚至无限接近人类，获得思考能力。现在的芯片运行都是遵照冯诺依曼体系的，也就是存储和计算是分开的。如果要进行计算，就需要把存储的信息调取并运送过来，仿照人类大脑的神经元的话，就省略这个环节了。第六，云芯片。中国科学院2018年发布了我国首款云端人工智能芯片——寒武纪MLU100。它可以广泛应用于智能手机、智能音箱、智能摄像头、智能驾驶等不同领域。这是面向人工智能领域的大规模的数据中心和服务器提供的核心芯片，可支持各类深度学习和经典机器学习算法，充分满足视觉、语音、自然语言处理、经典数据挖掘等领域复杂场景下的云端智能处理需求。比如说手机芯片，其实不一定非要做的都这么高大上，需要计算或者存储的时候交给云端的超级芯片，而手机端就负责输入和输出就可以了。这样端侧智能处理可以最快速响应用户需求，以非常低小的功耗、成本和延迟，帮助用户理解图像、视频、语音和文本。同时，云侧的智能处理则可以把无数个端的信息汇聚在一起进行集中加工。因此，端云协同的智能处理模式将在数据方面发挥巨大优势，利用海量数据，训练出强大的人工智能模型。第七，二维二硫化钼。这也是一个二维材料。它由钼和硫原子组成，结构类似于石墨烯。它具有层状结构，每一层由一个钼原子和两个硫原子构成一个三边形晶胞，层与层之间由范德华力相互作用在一起。硅原子最外层有四个电子，它和上下左右的四个邻居可以共享，最外层电子就可以组成8个电子的稳定结构，但是住在最边缘的硅原子，它旁边已经没有邻居了，就不够稳定。而二硫化钼，就没有这个问题。用单晶硅做的芯片是必须用光刻机刻出来的，而用二硫化钼做芯片可能只需要一个化学沉淀过程，类似于生长出来，就可以绕开光刻机了。麻省理工学院的研究人员已经开发了一种突破性的技术，可以在硅芯片上直接生长二维过渡金属二氯化物材料，从而实现更密集的集成。这种由二维材料制造成功的原子晶体管，每个晶体管只有 3 个原子的厚度，堆叠起来制成的芯片工艺将轻松突破 1nm。

基于二维材料金属-半导体相变构建的具有低电源电压的新一代晶体管网页链接

【「西安交通大学科研团队实现XIV族二维材料高通量制备」】「西安交大超话」西安交通大学郗凯、丁书江教授联合北京航空航天大学杨树斌教授和杜志国副教授提出在熔融金属中注入化学蒸气的方法合成XIV族二维纳米片，通过XIV族元素氯化物与熔融钠发生反应，从而在气/液界面上形成并分离出二维纳米片。该方法利用气液界面的限域生长和自组装特性，实现二维纳米片的高通量、可控合成。制备出的XIV族二维纳米片具有超薄厚度和大尺寸，与石墨烯结合后形成的复合薄膜在锂离子电池中表现出卓越的电化学性能。网页链接

「x-mol微资讯」【清华大学雒建斌院士/刘宇宏教授课题组Mat. Sci. Eng. R：二维材料层间超滑特性与分子结构的相关性研究】网页链接近日，清华大学雒建斌院士/刘宇宏教授课题组通过实验和理论研究了四种不同结构类型的二维润滑材料的层间滑动能力，揭示了二维材料层间超滑特性与分子结构间的构效关系。

随着科技技术的持继发展，人们对物质有了更深层次的了解。在此基础上，许多旧物质便生成了新材料。石墨烯（Graphene）便是其中的代表。作为碳的制作物。石墨烯却具有优异的光学、电学、力学特性，因此应用前景广阔。近年来，随着美国伊利诺伊大学芝加哥分校的一项新研究，又赋予了这种材料一种新用途——检测肌萎缩侧索硬化症（ALS）。石墨烯是由碳原子构成的二维材料，材料中结合原子的化学键会因弹性而产生共振，其振动波，即声子，可以非常精确地测量。当分子与石墨烯相互作用时，这种共振会以可量化的方式发生改变，其变化模式取决于分子的独特电子特性。通过测量由分子引起的石墨烯声子能量的变化，就可以确定该分子的电子特性。这种原理可以很好地检测ALS患者。研究人员称，由于目前还没有可靠的ALS实验室检测手段，所以通过石墨烯进行的诊断测试可以帮助ALS患者尽早开始接受治疗，减少痛苦。正如副教授维卡斯ⷨ𔝩‡Œ所指出的，石墨烯是一种“超级材料”，而目前科学家对其声学特性的研究还很少。信息来源：中国科学院

半导体技术作为现代科技的基石，在中国式现代化进程中发挥着重要作用，其应用广泛，市场前景广阔。 1. 半导体氢离子注入技术：半导体氢离子注入技术能精确调控材料性能，提升芯片性能和抗辐射能力。 2. 数据中心对功率半导体的需求：数据中心主要需要三类功率半导体，包括IGBT、MOSFET和整流二极管。 3. 半导体材料的多元化发展：半导体材料从元素半导体到化合物半导体，再到新型二维材料，为科技进步提供动力。

A1454---VASP专题培训：二维材料DFT计算 A1455---VASP专题培训：燃料电池计算 A1456---毕业班，带着镣铐跳舞

黑磷电池有新进展啦！之前网传华为投产黑磷电池是假新闻，瑞丰玥能是华为黑磷供应商也不实，不过现在兴发化工正式申请投建黑磷项目。兴发化工重视高端化工研发，近三年投30多亿。目前盈利较好产品仅电子级磷酸和磷化剂。黑磷是性能碾压石墨烯的二维材料，大家更期待其在快充电池领域应用。兴发化工黑磷制备能力达30公斤级，这次要建100公斤级中试线，计划年末投建5条，产能100吨。成本有望从1元/克降到0.2 - 0.3元/克。手机电池用黑磷成本不高，其普及不是大问题。首个应用是手机电池而非动力电池，兴发与华为等有合作。兴发首个商业化产品是黑磷贵金属催化剂，下一个就是黑磷手机电池。兴发此次投建意义重大，未来目标是吨级制备能力。

基于石墨烯的光学传感器在多个领域得到了广泛的应用。二维材料是伴随着 2004 年曼切斯特大学 Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料一-单层石墨烯(graphene)而提出的。在成功得到单层石墨烯(二维)之后,它和金刚石(三维)、石墨(三维)、碳纳米管 (一维) 和富勒烯(零维)就组成了一个完整的碳材料“家族”，与这些成员相比，单层石墨烯的一些性能指标如光学、电学等均与之相当甚至更好。从理论上说，单层石墨烯是除金刚石外所有碳晶体的基本结构单元，不同形状的单层石墨烯薄片可以构成不同的碳材料21。如图所示。单层石墨烯从理论上的预言到实验上的成功制备,经历了近 60 年的时间。传统理论认为,单层石墨烯不会在现实中存在。从结果来看，理论方面显然是错误的，之所以出现这种与理论相悖的结果是因为单层石墨烯层片并非一个完美平面，故其通过在表面形成褶皱或吸附其他分子来维持自身的稳定性。但从在实验室成功用胶带剥离出单层石墨烯之后，不仅理论方面得到了完善，其制备方法也取得了很大的进步。在下面我们简单介绍了制备单层石墨烯常用的几种方法以及其优缺点。完美石墨烯由于具有优异的性质而被誉为 21 世纪最具颠覆性的“新材料之王”，并在高频晶体管、机械谐振器、透明导体、自旋电子学、传感器和药物输送方面显示出巨大的应用潜力。单层石墨烯具有特殊的能带结构，即锥形的价带与导带完全对称分布在费米能级的上下，致使导带和价带仅有一个交叉点(此交叉点也被称为狄拉克点)，如图 1.2 所示。从分子结构来看，每个 C-C 键都有一个成键轨道与反键轨道，并且以 C-C 键为平面完全对称，而且整个单层石墨烯分子结构中的每个a键互相共钜形成了一个大r键，电子或空穴将会有一个很高的电子费米速率(106m/s)。正是由于这些，在电学特性方面，单层石墨烯的载流子的传输能力很强。在室温下，单层石墨烯薄膜电子迁移率高达 200000 cm2/(Vⷳ)，其相对应的电阻率为 10-6𗣭，比一些导电性很强的金属如铜、银还要低。除了超高的迁移率和超低的电阻率之外，单层石墨烯还有其他的一些突出的电子性质，如量子霍尔效应、自选传输性质等。在热学特性方面，其主要取决于单层石墨烯的声子传输。室温下导热率高达 5300 W/mk，是纯铜导热率(400 W/mⷫ)的 10 多倍。除了上述所提到的这些特性，单层石墨烯的光学性能也格外突出。同电子特性类似，单层石墨烯的光学特性也与二维、单原子厚的蜂窝状碳晶格密切相关。正因如此独特的电子能带结构，原则上单层石墨烯对白光的吸收值为𑨲.3%)，即透过率高达 97.7%，几乎完全透明，反射率可以忽略不计 (<0.1%，10 层石墨烯约为 2%)，而且石墨烯的光吸收率随着石墨烯层数的增加而线性增加。由于石墨烯强大的宽带吸收，在全内反射下对横向电模式(Transverse Electric,TE)和横向磁模式(Transverse Magnetic,TM)表现出不同的反射率，理论研究表明，在全内反射情况下，单层、双层和少层石墨烯对光的 TE 模式的吸收多于 TM 模式。在磁场的作用下，单层石墨烯的电子和空穴会分离。随着磁场强度的增加光吸收的振幅会增加，并出现蓝移。根据单层石墨烯的精细结构常数，再结合保利阻塞原理，可知单层石墨烯的光吸收可以通过调整费米面的位置来调节。从能带转换来看，光和单层石墨烯之间的相互作用主要有两种类型，带间跃迁和带内跃迁。在紫外区，带间跃迁接近鞍点，此时的光吸收超过了普遍的吸收值，具有激子效应。在远红外和太赫兹光谱区，电子响应主要是带内跃迁，在这个波段的电子响应类似于金属中的自由电子响应，可以激发表面等离子体激元。在近红外和可见光波段，光反应主要是带间跃迁。单层石墨烯的另一个有趣的光学方面是胶体石墨烯量子点。这种量子点可以发蓝光或绿光，并在体外异质结光伏电池中充当良好的电荷载体分离器。石墨烯可以结合光纤反射原理或光纤于涉原理作为荧光材料。除了这些光学特性,还有许多其他光学现象如磁光效应、电磁感应透明和光束偏移等。石墨烯的光学特性为构建基于石墨烯的光学器件奠定了基础，基于石墨烯的光学传感器也陆续被开发出来。目前，基于石墨烯的光学传感器主要包括 SPR 传感器、石墨烯光纤 SPR 传感器和石墨烯空间光传感器。其中，应用最广泛的光学传感器是基于 SPR 的传感器，其灵敏度高，无标记，能够实时响应。对于光学传感器来说，单层石墨烯还可以应用于生物传感器中。基于石墨烯的光学生物传感器可用于单细胞检测、细胞系和抗癌药物检测、蛋白质和抗原-抗体检测等。同样地，SPR 型的生物传感器的功能特点也非常突出，具有实时监测、检测方便快捷、灵敏度高、分析数据质量高、跟踪监测配体稳定性、保证反应平衡和应用广泛等特点。